Unidad 3. El estrés oxidante · PDF fileModificación de las defensas celulares...
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Unidad 3. El estrés
oxidanteDRA. PAULINA DEL VALLE PÉREZ
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¿Qué es el estrés oxidante?
Oxígeno → Vida
Metabolismo → Especies reactivas (O, N)
CYP450 (CYP2E1), FMO, NADPH oxidasa,
COX, NO-sintetasa.
Mecanismos celulares de homeostasis
Perturbación de este balance:
Aumento en la producción de especies
oxidantes (diquat): O2-●, H2O2
Inhibición de los mecanismos antioxidantes
celulares (butionina sulfoximina: GHS)
Liberación de complejos iónicos
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Trastornos donde se involucra el
estrés oxidante
Enfermedad Enfermedad
Enfermedades cardiovasculares Inflamación y artritis reumatoide
Cáncer EPOC
Diabetes Hepatitis y enfermedades hepáticas
Enfermedades neurodegenerativas Enfermedades del riñón
Enfermedades psiquiátricas Convulsión
Abuso de alcohol y drogas Fibrosis quística
Cataratas Fibromialgia
Menopausia Obesidad y síndrome metabólico
Enfermedades de la piel Asma
Infertilidad Apnea del sueño
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Principales fuentes de estrés
oxidante
Estrés oxidante
Producción incrementada
de ROS
↑Superóxido
Activación incrementada de leucocitos
MitocondriaMetabolismo
alterado del AA
Liberación de complejos
iónicos
Hb, Mioglobina, Ferritina,
Transferrina
Modificación de las defensas
celulares
Inactivación o pérdida de
antioxidantes
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Factores exógenos que favorecen
el estrés oxidante
Alimentos:
Dieta rica en proteínas y lípidos
Xenobióticos pro-oxidantes
Dietas pobres en antioxidantes
Alcohol y café
Contaminantes ambientales:
Humo de cigarro
Hidrocarburos
Pesticidas
Metales y asbestos
Fármacos:
Anticancerígenos
Psoralenos (furanocumarinas)
Radiaciones:
Ionizantes: rayos X, rayos g
UV
Microondas
Absorbentes dérmicos:
Derivados de psoralenos
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Factores endógenos que favorecen
el estrés oxidante
Sedentarismo
Ejercicio físico excesivo
Procesos inflamatorios crónicos
Cáncer
Isquemia
Muerte celular
Estrés psicológico
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Especies reactivas oxidantes
Intermediarios
reactivos de
naturaleza
electrofílica
Especies
reactivas: O o
N
Especies reactivas con O (ROS) Especies reactivas con N (RNS)
Radicales: Radicales:
Anión superóxido O2-● Radical óxido nítrico NO●
Radical hidroxilo OH● Radical dióxido de nitrógeno NO2●
Radical peroxilo ROO● No radicales:
Radical perhidroxilo HOO● Ácido nitroso HNO2
Radical alcoxilo RO● Catión nitronio NO2+
No radicales: Catión nitrosilo NO+
Peróxido de hidrógeno H2O2 Anión nitroxilo NO-
Ácido hipocloroso HOCl Tetróxido de dinitrogeno N2O4
Ozono O3 Trióxido de nitrógeno N2O3
Oxígeno singulete 1O2 Peroxinitrito ONOO-
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Especies reactivas de oxígeno
Son generadas in vivo por el metabolismo
aerobio
Vía de reducción del oxígeno: O2-●, H2O2,
OH●
El oxígeno molecular es el radical más
abundante en los sistemas biológicos
Se pueden producir a partir de metales de
transición (Fe, Cu)
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Tiempo de vida media
Va a determinar la estabilidad de la ROS → reactividad
Procesos de reducción espontáneos (DG negativo),
excepto la reducción de O2 a O2-●
Potencial estándar de reducción (DE° positivo)
ROS Tiempo de vida media
OH● 10-9 s
O2-● 10-6 s
1O2 10-6 s
RO● 10-6 s
ROO● 10-2 s
O3 segundos
H2O2 minutos
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Oxigeno singulete 1O2
1O23O2
1O2
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El anión superóxido
Se forma en todas las células aeróbicas (mitocondrias)
O2 + e- → O2-● (DE° = -0.33). Proceso no espontáneo
CYP, complejo NADPH oxidasa (macrófagos) y la xantina oxidasa
Se pueden formar otras ROS a partir O2-●
Reacción de Haber-Weiss: O2-● + H2O2 → O2 + OH● + H2O
Puede difundir hacia otros lugares de la célula
Ataca a ADN, fosfolípidos de membrana, polisacáridos, tioles y aminas.
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El peróxido de hidrógeno
Puede formarse espontáneamente
O2 + 2H+ +2e- → H2O2 (DE° = 0.31)
Superóxido dismutasa (SOD)
Citosol: Cu2+ o Zn2+
Mitocondria: Mn2+
Células epiteliales y en plaquetas
Se descompone en agua por:
Catalasa (selectividad)
Glutatión peroxidasa (GSH-Px)
Puede generar radical hidroxilo:
Reacción de Fenton: H2O2 + Fe2+ → OH● + OH- +Fe3+
Reacción de Haber-Weiss: O2-● + H2O2 → O2 + OH● + H2O
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El radical hidroxilo
Oxidante más potente de sistemas biológicos
H2O2 → OH● (DE° = +0.38 V). Proceso espontáneo
Actúa en sitios cercanos a su producción (reacciona in situ)
Favorece reacciones en cadena: peroxidación de lípidos
Se forma a partir de radiación ionizante, la reacción de Fenton y Haber-Weiss
O bien se puede producir por peroxinitrito:
O2-● + NO → ONOO-
ONOO- + H+ → ONOOH
ONOOH → OH● + NO2●
Fe2+ + HOCl → OH● + Cl- + Fe3+
Daño a ADN, enzimas y membranas
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Otras especies oxidantes
Radical peroxilo (ROO●)
Se forma a partir de ácidos grasos poliinsaturados (RH)
RH + OH● → R● + H2O → ROO●
Baja capacidad oxidante
Puede captar un H de un lípido (ruptura heterolítica) y producir reacciones en cadena (ROOH)
Acido hipocloroso
Mecanismo de defensa de neutrófilos
Mieloperoxidasa:
H2O2 + Cl- + H+ → HOCl + H2O
Alto poder oxidante: daña proteínas de membrana provocando lisis
Aminas, tioles, nucleótidos, hemoproteínas
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Daño oxidante al ADN
Daño en las bases nitrogenadas
8-hidrodeoxiguanina 8-OH-G (biomarcador de daño a ADN)
Alteración de bases (deleciones), sitios apúricos y ruptura de hebras
Activación de la poli-ADP-ribosa polimerasa (PARP)
Enzimas encargadas de la reparación de ADN: Se activa al haber daño
al ADN
Polimerización de NAD+ para formar ADP-ribosa
Sobreexpresión: ↓NAD, agotamiento de ATP
Elevación intracelular de Ca2+
Muerte celular por necrosis
Excitotoxicidad
Activación de proto-oncogenes
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Peroxidación de lípidos
Componentes lipídicos de las membranas → ac. grasos poliinsaturados
Susceptibles al ataque de radicales libres
Formación de lípidos hidroperóxidos (LOOH)
Cambios en la permeabilidad
Disminución de la fluidez
Alteración de las proteínas de membrana
Transporte iónico alterado
Generación de metabolitos tóxicos (aldehídos y alcanos)
Liberación de material compartamentalizado
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Iniciación
• Lípido poliinsaturado LH
• Radical libre lipídico L●
Propagación
• Radical peroxilo LOO● + LH
• Lípido hidroperóxido LOOH + L●
Terminación
• Radicales peroxilos y alcoxilos (LO●)
• Aldehídos y alcanos tóxicos
RADICAL LIBRE OH●
Abstracción de H
Deslocalización del
radical
+ O2
Abstracción de H
de otro LH (reacción
en cadena)
Metales de transición
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Peroxidación del ácido araquidónico
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Generación de metabolitos tóxicos
Peróxidos liposolubles
Estimulan la síntesis de PG (activación de COX)
Alteran el crecimiento celular
Aldehídos a,b-insaturados (4-hidroxinonenal)
Aductos con glutatión (GSH)
Afecta a la adenilatociclasa y fosfolipasa
Reducen el crecimiento y promueven la diferenciación celular
Inhiben la agregación de plaquetas
Bloquean la acción de macrófagos
Proliferación de peroxisomas: aumento de ROS
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Generación de aductos
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Daño oxidante a proteínas
Los aminoácidos son susceptibles a ser
atacados por radicales libres
Formación de aductos con aldehídos (de la
peroxidación de lípidos)
Bases de Schiff
Modificación de su estructura secundaria
y/o terciaria
Cambios en la actividad enzimática
Alteración en las membranas
Enlaces cruzados entre receptores proteicos
Alteración de la homeostasis de calcio
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Inactivación de la a-1-antitripsina
a-1-antitripsina inhibe a la elastasa
protegiendo a los tejidos de daño
Elastasa es una proteasa
importante en procesos
inflamatorios: neutrófilos
HOCl inactiva a la a-1-antitripsina
Proteólisis descontrolada de la
elastina
Daño epitelial
Pulmón
Hígado
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Aterosclerosis
Oxidación de la lipoproteína de baja
densidad (LDL)
Unión del malondialdehído (MDA) a la
lisina de la apo-proteína B
Imposibilita su reconocimiento por
receptores de células endoteliales
Son fagocitadas por macrófagos
Se convierten en células espumosas
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Daño oxidante a carbohidratos
Los monosacáridos (aldosas) pueden oxidarse
en presencia de metales, generando radicales
libres, H2O2 o compuestos dicarbonílicos (MDA)
La glucosa (aldehído) puede formar bases de
Schiff con proteínas (glicosilación)
Reacción de Maillard
Productos de Amadori
Alteración vascular en Diabetes T2
Glucosa ProteínaRearreglo
Producto de Amadori
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Biomarcadores de estrés oxidante
Peroxidación de lípidos Oxidación de proteínas Oxidación de
CHOS
Oxidación de ADN
Malondialdehído
(MDA)
Oxidación de tioles Aldehídos reactivos 8-hidroxiguanosina
(8-OH-G)
Isoprostanos Formación de
3-nitrotirosina
Productos de
Amadori
Acroleína LDL oxidada (LDL-Ox)
4-hidroxinonenal Anticuerpos vs LDL-Ox
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Malondiadehído y TBA
Acido tiobarbitúrico
-H2O
-H2O
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Métodos de detección de ROS
Presencia de ROS a nivel
intracelular
Se transforma en un producto
fluorescente
DCFH-DA
Amplex RED
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Antioxidantes
Sustancias que a concentraciones menores que el sustrato oxidable, detienen o previenen la oxidación del mismo
Sustrato oxidable = cualquier molécula endógena
Por su origen:
Naturales: SOD, a-tocoferol, vitamina C, GSH, flavonoides, carotenoides
Sintéticos: BHT, N-acetilcisteína, hidroxipiridonas, inhibidores de XO
Por su modo de acción:
Antioxidantes primarios: GSH, vitamina C y E, Ubiquinonas, b-caroteno
Enzimas de detoxificación: SOD, catalasa, peroxidasas, GHS-Px
Secuestradores de metales: Transferrina, albúmina, ferritina, metalotioneninas
Regeneradores de antioxidantes: glutatión-reductasa, G-6-P-deshidrogenasa
Exportadores: acarreador de GSH oxidado, acarreador de conjugados con GSH
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Distribución de los antioxidantes
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Antioxidantes y la peroxidación de
lípidos Inhibidores preventivos:
Retardan la fase de iniciación
Inducir la descomposición de hidroperóxidos
Catalasa
Glutatión peroxidasa (GSH-Px)
Glutatión-S-transferasa, b-caroteno, a-tocoferol (vit E)
Inhibidores de la propagación:
Interrumpen las reacciones en cadena al reaccionar con los
radicales libres
Vitamina C, b-caroteno, ácido úrico, polifenoles, furfurales,
furanonas, etc.
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El glutatión (GSH) como antioxidante
Agente reductor en el metabolismo de H2O2 e hidroperóxidos (LOOH)
Considerado como el “amortiguador redox”
Enzima: Glutatión-peroxidasa (GSH-Px)
Nucleófilo para conjugación con electrófilos (Fase II) → HNE
Enzima: Glutatión-S-tranferasa
La GSH-Px es el removedor más importante de H2O2
Cofactor Selenio
Al oxidase se forma un enlace disulfuro (GS-SG) entre dos moléculas de GSH
Se puede volver a reducir para formar GSH por la glutatión-reductasa
En condiciones de estrés oxidante ↑GS-SG
La proporción GSH/GSSG es un indicador de EO
Se excreta activamente, ↓GSH
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Enzimas que utilizan GSH como
sustrato Enzima Reacciones
Glutatión peroxidasa 2 GSH + H2O2 → GSSG + H2O
2 GSH + LOOH → GSSG + LOH + H2O
Glutatión transferasa
(endoperoxidasa)
2 GSH + LOOH → GSSG + L(OH)2 + H2O
GSH + aldehídos → GS-alcanal
Fosfolípido peróxido-
GSH-peroxidasa
2 GSH + ROOH → GSSG + ROH + H2O
ROOH= fosfolípido, colesterol
Glutatión reductasa GSSG + NADPH + H+ → 2 GSH +NADP+
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Antioxidantes enzimáticos
Enzima Reacción Cofactor
SOD O2-● + 2H+ → H2O2 Zn (II), Cu (I), Mn (II)
Catalasa H2O2 → H2O + O2 Fe (II)
Citocromo C peroxidasa ROOH → ROH + H2O Fe (II)
La SOD protege a la célula de las reacciones dañinas del superóxido
SOD 1 (Cu, Zn, citoplasma), SOD 2 (Mn, mitocondrias), SOD 3 (Cu, Zn, extracelular)
Catalasa (oxidoreductasa) utiliza grupo hemo (Fe II). Se encuentran en los peroxisomas.
Citocromo C peroxidasa reacciona con hidroperóxidos. Utiliza grupo hemo
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Vitamina E
a-tocoferol o VitE-OH
Liposoluble → membranas
Inhibidor preventivo de la peroxidación
lipídica
Control de la fluidez de la membrana
Incremento de ciertas respuestas inmunes
Reducción del daño isquémico
Agregación plaquetaria
Dona un electrón al LOO ● para formar
LOOH (más estable)
VitE-OH + LOO ● → VitE-O● + LOOH
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Vitamina E
El radical VitE-O● puede
reaccionar con un LOO●
y oxidarse hasta una
quinona estable
Se lleva a cabo un
equilibrio quinona-
hidroquinona
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Vitamina E como pro-oxidante
El exceso de radical VitE-O●
puede iniciar la propia
peroxidación de lípidos
Co-oxidantes
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Vitamina C
Ácido ascórbico VitC-(OH)2 hidrosoluble
Semi-dehidroascorbato ●O-VitC-OH (radical
ascorbato)
Dehidroascorbato O=VitC=O (estable)
Reduce a la vitamina E
VitE-O● + VitC-(OH)2 → VitE-OH + ●O-VitC-OH
VitE-O● + ●O-VitC-OH → VitE-OH
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Vitamina C como pro-oxidante
Pro-oxidante en presencia de metales de transición
VitC-(OH)2 + Fe(III) → Fe(II) + H+ + ●O-VitC-OH
Reacción de Fenton
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Vit E y C como antioxidantes
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Compuestos polifenólicos
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Compuestos polifenólicos
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Ensayo DPPH
Radical estable difenil-picril-hidrazilo
DPPH ● (MORADO) → DPPH (AMARILLO)
Ensayo que permite determinar la actividad
antioxidante de diversos compuestos
CI50
“Scavengers”
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Trolox
Análogo de la Vit E
Sirve como referencia de capacidad
antioxidante (capacidad
antioxidante equivalente de Trolox)
Suplementos alimenticios
Alimentos
Bebidas