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O X I D A
N T E S Y A N T I O X I D A N T E S
En los años 50’s,
para explicar el envejecimiento celular y la etiología de muchas
enfermedades, el científico Denham Harman propuso la
teoría de los radicales libres, en la que el oxigeno, elemento
indispensable para la vida, esta directamente involucrado con el
deterioro bioquimico de los individuos.
Se sabe que hay una
relación inversa entre la vida máxima de una especie de mamífero
y su consumo de oxigeno (metabolismo basal), así como una
relación directa con sus niveles de superoxido dismutasa (SOD).
En un enlace
químico normal, ya sea iónico o covalente, un par de electrones
opuestos comparten la misma orbita nuclear y los átomos que den
integrados en un compuesto estable. En un radical libre, el
átomo tiene un electrón impar (soltero o viudo) en su ultima
orbita, es decir, la mitad de un enlace o un enlace abierto, lo
que lo convierte en una partícula inestable que busca otro
electrón para completar su configuración. Estas características
se convierten en agente oxidante.
En la oxidación
metabólica y en la cadena de citocromos, se liberan la cascada
de electrones y se produce ATP (energía) y CO2, mientras que el
O2 sufre una reducción tetravalente (4), (9) sin creación de
productos intermedios.
4O2+4H+4(e-)=H2O
Los electrones
fueron cedidos por la cadena; sin embargo un 1.2% de este
oxigeno, sufren una reacción univalente y no alcanza a unirse al
H2 para
formar H2O
y forma 3 subproductos intermedios (radicales libres altamente
tóxicos).
Figura 07
1. Por reducción
univalente O2 +
1e- (O2)
anion superoxido
2. Por reducción
bivalente O2
+ 2e- + 2H
(H2O2) anion
peroxido de
hidrogeno
3. Por reducción
trivalente O2 +
3e- +3H (-OH) anion hidroxilo
4. No derivado de
reducción O2
+ 3e- 3H (‘O2)
anion
Transferencia
de energía oxigeno singulete
Hay una forma de
oxigeno que no deriva de la reducción del oxigeno, se llama
oxigeno singulete (simple o soltero). Es un birradical con una
orbita molecular en la cual dos electrones “sin”, se
sistematizan en dos orbitas diversas; su molécula estable seria
de oxigeno triple (3 O2).
E s una forma mutante de alta energía, producida por la
transferencia de energía luminosa de luz solar.
F U E N T E S
O X I D A N T E S D E R A D I C A L E S L I B R E S
v
FUENTES ENDÓGENAS
a) Respiración
Aeróbica:
La mitocondria
consume O2
y lo reduce
en pasos secuénciales hasta producir H2O
y ATP, que dando como subproductos O2,
H2O y OH.
b) Respuesta
Inmunológica Fagocitaría:
Los leucocitos y
otras células fagocitarías, producen una explosión oxidativa que
destruye las células infectadas por bacterias o virus y de esta
forma nos protegen de las infecciones. Sin embargo esta poderosa
mezcla oxidante la integran elementos químicos (NO2,
O2,
H2O y OCI)
que son radicales libres altamente nocivos con capacidad de
agredir a otras células sanas, alterando importantes actividades
biológicas y dañando su ADN. La infección crónica tiene estos
componentes en su fisiopatología.
c) Metabolismo
Lipidico:
Los peroxisomas,
son organelos responsables de la degradación de ácidos grasos y
otras moléculas, producen peróxidos como subproducto. La
peroxidacion de los ácidos grasos insaturados y poliinsaturados
producen aldehídos y alquilos.
d)
Detoxificacion Hepática:
El citocromo P450,
es una enzima de un sistema primario que protege contra las
toxinas químicas de la dieta, con su acción detoxificadora se
originan subproductos que dañan al ADN.
e) Oxigeno
Singulete:
Es capas de activar
a las prostaglandinas y producir hidroperoxidos, favoreciendo la
formación de coágulos y produciendo trombosis.
v
FUENTES EXOGENAS
El humo del cigarro
y la contaminación atmosférica por los productos de combustión
de combustibles fósiles (en los que encontramos en diversas
proporciones: oxido de nitrógeno, bióxido de nitrógeno, bióxido
de azufre, monóxido de carbono, plomo y partículas suspendidas)
producen la oxidación de macro moléculas y disminuyen los
niveles de enzimas antioxidantes. Por este mecanismo, el humo
del cigarro produce cáncer de pulmón y cardiopatía isquemica.
La contaminación de
la atmósfera, es la causa de una mayor cantidad de enfermedades
autoinmunes. El tabaco produce envejecimiento acelerado, es un
factor de riesgo de cáncer, no solo del pulmón sino de otros
órganos como el estomago, la vejiga, el recto y una serie de
enfermedades colaterales no cancerosas. Los científicos señalan
que la inhalación de una bocanada de humo, produce un trillón de
radicales libres.
Las dietas ricas en
carnes rojas, por su contenido en sales de hierro, cobre,
promueven la formación de radicales libres oxidantes tipo
peroxido, que son un factor de riesgo, de enfermedades
cardiovasculares y cáncer.
Las dietas altas en
grasas de tipo animal y el menor grado de origen vegetal.
Las grasas rancias
y las dietas hipertcaloricas.
Las radiaciones
ionizantes y los rayos ultravioleta.
Las quemaduras, las
heridas e infecciones agudas, producen radícales libres en su
proceso de reparación y la lucha del organismo contra los
agentes infecciosos.
Productos inertes,
como las fibras del asbesto.
El alcohol produce
lipoperoxidacion en la membrana de los hepatocitos y de los
eritrocitos.
v
MECANISMOS DE TOXICIDAD
Daño a los ácidos
nucleicos (ADN, RNA)
Despolimeracion de
los componentes de la sustancia fundamental del tejido
conjuntivo.
Oxidación de los
grupos sulfhídricos de las membranas celulares.
Lipoperoxidacion
lipídica de los ácidos grasos presentes en los fosfolipidos
componentes de la membrana celular.
El O2
singulente reacciona con gran numero de sustancias como ácidos
grasos, colesterol, ácidos nucleicos. Su efecto fotodinamico
produce fotosensibilizacion en la piel (manchas tipo efélides).
La
lipoperoxidacion es una reacción de auto-oxidación que puede
ser iniciada por los radicales hidroxilos, hidroperoxilos y
quizá también por el oxigeno singulete, pero no por moléculas
menos activas como el superoxido de hidrogeno. El radical libre
iniciador remueve un átomo de hidrogeno por un metileno de la
cadena del carbono, dejando un electrón sin par en el átomo del
carbono, creando así un radical de ácido graso. Este ultimo
puede sufrir un rearreglo molecular que a su vez reacciona con
el oxigeno molecular produciendo un radical lípido peroxido
capaz de sustraer un hidrogeno a otro ácido graso para formar el
lípido de hidroperoxido y continuar la reacción en cadena hasta
que eventualmente aparece un antioxidante que termina esta
secuencia.
v
COMPONENTES CELULARES DAÑADOS POR LOS RADICALES LIBRES.
Lípidos:
Peroxidacion de los
ácidos grasos poliinsaturados en organelo (mitocondrias,
lisosomas y ribosomas) y membranas. Subproductos: epoxidos,
hidroperoxidos, alquilos (aldehídos insaturados).
Proteínas:
Oxidación de puntes sulfhídricos de las enzimas, inactivándolas.
Carbohidratos:
Despolimerizacion de los polisacáridos.
Ácidos
Nucleicos:
Hidroxilacion de sus bases, entrecruzamiento, enlaces
transversos, ruptura de la cadena de ADN.
v
CAMBIOS ATRIBUIBLES A LOS RADICALES LIBRES
Acumulación de
lesiones en colágeno y elastina (arrugas, ateroesclerosis,
artrosis, fibrosis).
Fractura y
despolimerizacion de mucopolisacáridos.
Acumulación de
materiales inertes como el ceroide, lipofucsina y pigmento de
envejecimiento (manchas cafés en la piel efélides).
Cambios en la
membrana y organelos (intoxicación celular).
Fibrosis arterio-capilar.
Deterioro en las
funciones enzematicas.
Mutaciones
celulares con alteraciones en la síntesis de proteína,
nucleótidos ácidos grasos.
Con la edad se va
acumulando el daño al ADN nuclear, las proteínas y lípidos de
las membranas y organelos, lo que aunado a una menor eficacia de
los mecanismos reparadores, originan el deterioro, el
envejecimiento y las mutaciones que pueden ser cancerigenas..
Todo lo anterior es notable a enfermedades asociadas al
envejecimiento prematuro como el síndrome de Werner y la
progeria.
v
MOLECULAS ANTIOXIDANTES Y NEUTRALIZADORAS DE RADICALES LIBRES
La producción de
radicales libres oxidantes es inherente al consumo de oxigeno en
los organismos con respiración aerobia. Sin embargo, la
naturaleza nos ha dotado de antioxidantes naturales que
neutralizan sus efectos nocivos equilibrando al medio interno en
una homeostasis organizada.
Los Antioxidantes
Pueden ser de dos tipos:
ENZIMAS ENDOGENAS
Producidas por el mismo organismo para su autoprotección
1.- Superoxido
dismutasas (metalo proteínas) producidas por
las
mitocondrias.
2.- Peroxidas.
3.- Catalasas
(hemoproteinas de los peroxisomas).
4.- Glutation
Peroxidasas (selenio proteínas) como el glutation
reducido, el
glutation hepático microsomal y la glutation
reductasa de
los microsomas.
5. – Moléculas de
los mecanismos reparadores del ADN, como
las
glicosilasas de los lípidos y de las proteínas.
ANTIOXIDANTES
EXOGENOS
Nutrientes y
sustancias químicas:
1.- Vitaminas: A
(betacaroteco), C (ascorbato), E (tocoferol),
Complejo B.
2.- Aminoácidos: Cisteina,
ornitina, metionina y tirosina.
3.- Minerales: Selenio,
zinc, molibdeno.
4.- Enzimas sintéticas:
Superoxidos dismutasa, glutation
peroxidasa.
5.- Sintéticos:
mercaptoetilamina (MEA-2), butileno de
hidroxitolueno (BTH),
dihidrotrimetilquinolina (ethoxiquin),
picnogenol, cetrofenoxina.
El mecanismo de
acción de los antioxidantes se debe a que en sus estructuras
moleculares poseen electrones extras capaces de ceder el radical
libre a fin de completar al faltante en su orbita externa, la
que al recibirlo se convierte en una molécula estable e
inofensiva. La reacción en cadena se detiene y la molécula
resultante al perder su electrón se neutraliza.
v
LOS ANTIOXIDANTES COMO PROTECTORES DE ENFERMEDADES
Existen numerosas
investigaciones en todo el mundo acerca del papel protector de
los antioxidantes en la aparición de diversas patologías.
En los bancos de
datos del área medica como el Medlar, Medline etc. Se encuentran
una gran cantidad de artículos que confirman y amplían los
conocimientos sobre los agentes oxidantes y antioxidantes.
Muchos trabajos
demuestran que las células responden a niveles bajos de
radiación produciendo defensas antioxidantes que las protegerán
de niveles altos de radiación. Se conoce mejor la importancia
del consumo antioxidantes exógenos como en los contenidos en
frutas y vegetales, su consumo se asocia a un menor riesgo de
enfermedades degenerativas.
Se reporta también
que en aquellos países y poblaciones donde el consumo de frutas
y verduras frescas es menor tienen una mayor incidencia, en
diferentes tipos de cáncer así como de enfermedades crónico
degenerativas los antioxidante, al disminuir el daño oxidativo
del ADN y los errores en la división celular disminuyen la
mutagenesis y la carsinogenesis.
Cataratas
Existen evidencias
impresionantes de que estas, tienen una etiología esencialmente
oxidativa y de que el consumo de antioxidantes (zinc, selenio,
magnesio, cobre, aminoácidos esenciales, vitamina E, terapia
celular) se ha demostrado en estudios epidemiológicos sus
efectos protectores y preventivos de su formación en seres
humanos. El habito de fumar, produce una excesiva carga
oxidante, se han dado casos de padres fumadores que han dado a
luz bebes con cataratas.
v
ENFERMEDADES NEUROVASCULARES
Existen estudios
bioquimicos, que sugieren que la oxidación debida a los
radicales libres, son factores causales de un gran numero de
patologías celulares.
a) Isquemia
Celular
En modelos
experimentales, se han encontrado niveles altos de Superoxido
dismutasa (SOD). La isquemia prolongada produce muerte celular,
pero hay una isquemia menor o de tipo transitorio, circundante a
la lesión, en donde hay percusión y en donde se aumentan los
radicales libres, debido a que el ATP se degrada a hipoxangina,
la que al reaccionar con el oxigeno molecular forma radicales
superoxido y con las sales de hierro forma radicales hidroxilo.
La perfusion de SOD y catalasas, tienen una acción protectora
antioxidante, lo mismo que la del manitol y el dimetil sulfoxido
(DSO).
b) Enfermedad de
Parkinson
En esta enfermedad,
hay una perdida del 80% de las neuronas dopaminermicas, de la
sustancia nigra, muy sensibles y vulnerables a las oxidaciones.
Las concentraciones de glutation se encuentran bajas, muy bajas
las catalasas y la glutation peroxidasa, tal vez debido al
proceso de depoblacion neuronal. Ciertas toxinas ambientales,
como la metil-fenil-tetrahidroperidina, son tóxicas para las
neuronas dopaminergicas, originando auto oxidación de las
catecolaminas y liberación de peróxidos por las monoaminoxidasas.
c) Esclerosis
Lateral Amiotrofica
Una de las
evidencias más persuasivas del vínculo entre los trastornos
neurológicos y la oxidación, es la asociación descubierta entre
las mutaciones del gen: Su/Zn, con la superoxido dismutasa, lo
que sugiere que los radicales libres superoxido, pueden ser los
causantes de la degeneración depresiva de las neuronas motoras.
d) Enfermedad de
Alzheimer
En estudios
recientes se logro vincular la proteína beta-amieloide, cuya
acción sobre ciertos vasos sanguíneos, genera una serie de
radicales libres tóxicos que producen muerte neuronal. En los
casos de demencia ya sea esta vascular o del tipo alzheimer, la
liperoxidación de las membranas neuronales juega un papel muy
importante, debido a que la composición de los fosfolipidos
cerebrales es muy especial y los hace fácilmente oxidantes.
Por otro lado, el
depósito de lipofucsina tiene relación con la lipoperoxidacion.
Si esto lo pudiéramos probar en el laboratorio, los
antioxidantes serian un método simple para enfrentar esta
compleja condición neurodegenerativa que afecta a millones de
personas.
v
SISTEMA REPRODUCTOR
Las lesiones
oxidativas en los espermatozoides y los óvulos, se incrementan,
si hay deficiencia o carencia de antioxidantes, si hay consumo
de cigarro, ya que el humo disminuye los niveles de
antioxidantes. En estos casos los espermatozoides disminuyen en
número y movilidad, con daños al ADN y posibles defectos en
futuras generaciones.
Las lesiones
oxidativas al ADN de los espermatozoides se incrementan si
existen niveles bajos de ácido ascórbico, en las personas
fumadoras y con malos hábitos de alimentación
El enfoque
molecular a través de los oxidantes y antioxidantes, abre nuevas
expectativas en la búsqueda de métodos accesibles a las grandes
masas de población, sugiriéndonos una alimentación rica en
frutas y verduras frescas, y la adicción de suplementos
nutricionales/nutraceuticos y terapia celular, en el afán de
mejorar nuestro bienestar bio-psico-social y una mejor calidad
de vida.
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