Radicales libres Bioquimica

Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2014.
y Antioxidantes
Se consideran RL aquellas moléculas que en
su estructura atómica presentan un electrón
desapareado o impar en el orbital externo,
dándole una configuración espacial que
genera una alta inestabilidad.
Son moléculas resultantes del rompimiento
homolítico de un enlace químico.
¿Qué es un Radical Libre ?¿Qué es un Radical Libre ?
• Ruptura Homolítica:
• Ruptura Heterolítica:
Radicales de Carbono
Carbanión Carbacatión

y Antioxidantes
¿Qué es un Radical Libre ?¿Qué es un Radical Libre ?
Es una entidad química que contrario a
la normal tendencia espontánea de los
electrones localizados en los átomos y
moléculas a la formación de parejas, uno
de estos se encuentra desapareado.
¡ No confundir un¡ No confundir un RadicalRadical con uncon un IónIón !!
+
+

y Antioxidantes
Las especies reactivas de Oxígeno (ERO):Las especies reactivas de Oxígeno (ERO):
El término ERO describe los productos del oxígeno
que no es utilizado para la síntesis de ATP.
• Radicales libres del oxígeno (RLO)
• Intermediarios reactivos del oxígeno (IRO)
Anión superóxido (O2
.-
)
Radical hidroxilo (OH.
)
Radical peroxilo (RO2
.
)
Radical alcoxilo (RO.
)
Peróxido de hidrógeno (H2O2)
Ácido hipocloroso (HOCl)
Oxígeno singlete (1
O2)
Ozono (O3)
Orbital externo
(6 e-)
Protones
(+)
Orbital interno
(2 e-)
Átomo de Oxígeno (O)

y Antioxidantes
El oxígeno molecular (O2) es un birradical, ya que tiene
2 e-
no apareados en su orbital externo, ambos con el
mismo giro paralelo, impidiendo que capte 2 e-
simultáneamente en las reacciones que interviene. El
oxígeno solo puede intervenir en reacciones univalente
y aceptar los e-
de uno en uno.
O2 + 4H+
+ 4e-
2H→ 2OO2 + 4H+
+ 4e-
2H→ 2O
e-
e-
+ 2H+
e-
+ H+
e-
+ H+
O2 O→ 2
.-
H→ 2O2 OH→ .
+ H2O H→ 2O
e-
= electrón
H+
= hidrogeniones
O2
.-
= radical anión superóxido
H2O2 = peróxido de hidrógeno
OH.
= radical hidroxilo
H2O = agua

y Antioxidantes
Estados energéticos del oxígeno molecular

y Antioxidantes
Células
inflamatorias
activadas
Xantina oxidasa,
transporte de e-
interrumpido
Hemo
proteínas

y Antioxidantes
Reacción de FentonReacción de Fenton

Si sumamos  y  tenemos:
Reacción de Haber-WeissReacción de Haber-Weiss

y Antioxidantes

y Antioxidantes
Fuentes biológicas de ERO:Fuentes biológicas de ERO:
La sangre cumple la función de
transportar el OXÍGENO desde los
pulmones hasta los tejidos, y es aquí
donde este actúa como sustrato en
diversas reacciones bioquímicas
intracelulares, resultando en una gran
producción de H2O2 y superóxido,
entre otras ERO.
• Fuentes Endógenas
• Fuentes Exógenas

y Antioxidantes

y Antioxidantes
Radical
libre Radical
libre
Radical
libre
Fuentes Endógenas Fuentes Exógenas
Cadena respiratoria
Enzimas oxidativas
(xantina oxidasa)
Células fagocíticas
(sistema inmune)
Alimentos
Contaminación
atmosférica
Humo del cigarrillo
Medicamentos
(paracetamol)
Radicales libres

y Antioxidantes
• La Mitocondria
Cadena respiratoria

y Antioxidantes
• En Células Hepáticas
(Retículo Endoplasmático)
Reacción del Citocromo P450
+

y Antioxidantes
Ej.: Oxidación del Paracetamol
+ Paracetamol
Enlace
covalente
Paracetamol
Oxidación
(Citocromo P450)
Droga
Conjugación
(Glucuronidación, etc.)
Conjugación
Metabolito Aductos estables
Especies
no polares
Especies
polares
Eliminación renal
(orina)
Eliminación biliar
(intestino)

y Antioxidantes
I
S
Q
U
E
M
I
A
ATP
Adenosina
AMP
ADP
Inosina
Hipoxantina
XO
Xantina + H2O + O2
Calpaina
XDH
ACTIVACION DE PROTEASAS
INTRACELULARES
DEPENDIENTES DE CALCIO
Ca2+
citosólico
XO
Acido úrico + 2O2
.-
+ 2H+
• Reacción de la Xantino oxidasa
Aldehído oxidasa
Triptófano dioxigenasa
Indolamina dioxigenasa
Ciclooxigenasa
Lipooxigenasa
Otras enzimas que
producen RL:

y Antioxidantes
• Los Leucocitos PMN y Macrófagos
Peróxido de
hidrógeno
Radical
hidroxilo
Ácido
hipocloroso
Oxígeno
singlete
Anión
superóxido
En los procesos inflamatorios están
muy activas las siguientes enzimas:
NADPH oxidasa y Mieloperoxidasa (MPO)

y Antioxidantes
Enfermedades relacionadas con los RL:Enfermedades relacionadas con los RL:
Radical libre
Radical libre
Radical
libre
Daño inflamatorio
inmune
Cáncer
Reacciones
inducidas por drogas
(hígado, riñón)
Formación de cataratas
Procesos de
envejecimiento
Reperfusión después
de isquemia
Aterosclerosis
Radicales libres

y Antioxidantes
Enfermedades relacionadas con los RL:Enfermedades relacionadas con los RL:

y Antioxidantes
Daños producidos por los RL:Daños producidos por los RL:
El radical HIDROXILO (OH•
) por
ejemplo es muy inestable y
reactivo, con una enorme
capacidad para combinarse
inespecíficamente en la mayoría de
los casos, así como con la
diversidad de moléculas de la
estructura celular: lípidos,
carbohidratos, proteínas, ácidos
nucleicos y sus derivados.
OH
•

y Antioxidantes
Daños producidos por los RL:Daños producidos por los RL:
Producción de RL
O2
.-
, H2O2
OH.
Peroxidación lipídica Modificación de las bases del ADN Daño a proteínas
Daño tisular
Fuentes ambientales
• Humo del cigarrillo
• Contaminantes
• Luz UV
• Radiaciones ionizantes
• Xenobióticos
Fuentes endógenas
• Mitocondrias
• Estallido respiratorio
• Reacciones enzimáticas
• Reacciones de autooxidación
Metales de
transición
Fe2+
, Cu+

y Antioxidantes
Peroxidación de lípidos:Peroxidación de lípidos:
1 Iniciación
2 Propagación
3 Terminación
4 Regeneración
de la vitamina E
Vitamina C

y Antioxidantes
Malondialdehído Endoperóxido Hidroperóxido
1)Iniciación
2)Propagación
3)Terminación
1)
2)
3)
Dieno conjugado
Ácido graso
poliinsaturado
(PUFA)
OH
.
RL del PUFA
Radical peróxilo
H
O
tro
PU
FA
!
O
tro
RL
PU
FA
!

y Antioxidantes

y Antioxidantes
Daño a membranas
celulares
Shock osmótico
Muerte celular

y Antioxidantes
LDL oxidada
LDL modificada
Aterogénesis
LDL nativa

y Antioxidantes
Metabolismo de Lipoproteínas

y Antioxidantes
Esquema de la ATEROGÉNESIS

y Antioxidantes
Monocitos circulantes
Monocitos
residentes
Macrófagos

y AntioxidantesLumenParedvascular
Endotelio
Monocito
Lipoproteínas modificadas
LDL
nativa
Células musculares lisas
Captación por
receptores scavenger
Formación de
células
espumosas
Macrófago
Activación
celular
Daño
Moléculas
de adhesión
(VCAM-1)
MCP-1
Engrosamiento
de la placa

y Antioxidantes
ATEROGÉNESIS

y Antioxidantes
Oxidación de Azúcares (Glicoxidación):Oxidación de Azúcares (Glicoxidación):
Glucosa Enediol
H2O2
(Radical libre)
HO•
Fe2+
Fe3+
+ OH-
Radical
del anión
de enediol
.
-

y Antioxidantes
Oxidación de Azúcares (Glicoxidación):Oxidación de Azúcares (Glicoxidación):
Glioxal y metilglioxal son
agentes propagadores H

y Antioxidantes
Glicosilación:Glicosilación: Se pueden glicosilar:
• Hemoglobina
• Enzimas antioxidantes
Pérdida de función
o inactivación
Consecuencias:

y Antioxidantes
Daño oxidación al ADN:Daño oxidación al ADN:

y Antioxidantes
Daño oxidación al ADN:Daño oxidación al ADN:
Bases Nitrogenadas Azúcares

Formación del ÓXIDO NÍTRICO:Formación del ÓXIDO NÍTRICO:
NADPH
O2
½NADPH
O2
+
L-arginina L-hidroxi-arginina L-citrulina
La reacción es catalizada por las enzimas ÓXIDO NÍTRICO SINTASAS (NOSs), únicas que requieren
simultáneamente de 5 cofactores/grupos prostéticos: FAD, FMN, hemo, (BH4
) y Ca2+
- (CaM).

No. de residuos
Localización Subcelular
Regulación
1429-1433 Principalmente soluble (cerebro); principalmente particulada
(músculo esquelético)
Ca2+
/CaM
1144-1153 Principalmente soluble Citoquina-inducible; Ca2+
-independente
1203-1205 Principalmente particulada Ca2+
/CaM
Enzima
nNOS
iNOS
eNOS
Gen
Tipo
NOS1 Constitutiva
NOS2 Inducible
NOS3 Constitutiva
·
N=O
y Antioxidantes

Formación del ÓXIDO NÍTRICO:Formación del ÓXIDO NÍTRICO:

NR = Nitrato Reductasa
Reacción importante en la industria de
alimentos (productos cárnicos) por la
formación de nitrosomioglobina.
y Antioxidantes

Funciones del ÓXIDO NÍTRICO:Funciones del ÓXIDO NÍTRICO:

Funciones asociadas con:
• Relajación del músculo liso
• Neurotransmisión
• Inhibición plaquetaria
• Anti-inflamación (IL10)
Proteína quinasa G (PKG)
Fosfodiesterasas de nucleótidos
cíclicos (PDE2, PDE3)
Canales iónicos
El NO es un potente vasodilatador
Parece tener una función
especialmente relevante en el
cerebro, en el sistema vascular y
en el sistema inmune.
y Antioxidantes

El NO puede actuar también a través de la nitrosilación de ciertas proteínas,
de la interacción con metales de transición u otros radicales libres, de la
modificación directa del DNA, etc.
·
N=O
y Antioxidantes
Funciones del ÓXIDO NÍTRICO:Funciones del ÓXIDO NÍTRICO:

Metabolismo Oxidativo de la HOMOCISTEÍNA:Metabolismo Oxidativo de la HOMOCISTEÍNA:

Homocisteína Homocisteína-homocisteína disulfuro
(Homocistina)
+ O2
2 H2O2+ O2
.-
Elevados niveles de Homocisteína
en sangre se han asociado con:
• Aterosclerosis
• Trombosis venosa
• Defectos del tubo neural
• Infartos de placenta
• Abortos inexplicados
• Daño celular endotelial
• Daño oxidativo
• Promoción de trombogénesis
• Regulación alterada de la vasoconstricción
• Estimulación de la proliferación celular del músculo liso
Muerte
celular
GSH ↑
Catalasa ↑
Otros antioxidantes ↑
Replicación del
ADN
y Antioxidantes

AntioxidantesAntioxidantes
Son sustancias que cuando están
presentes retardan o inhiben la
oxidación de sustratos susceptibles
al ataque de las EROs.
La acción del ANTIOXIDANTE es de
sacrificio de su propia integridad
molecular para evitar alteraciones
de moléculas (lípidos, proteínas,
ADN, etc.) funcionalmente vitales o
más importantes.
y Antioxidantes

y Antioxidantes

Clasificación de los ANTIOXIDANTES
Origen Acción
1. Exógenos
Vitamina E - Neutraliza el oxígeno singlete
- Captura radicales libres hidroxilo
- Captura O2
.-
- Neutraliza peróxidos
Vitamina C - Neutraliza el oxígeno singlete
- Captura radicales libres de hidroxilo
- Captura O2
.-
- Regenera la forma oxidada de la vitamina E
Betacarotenos Neutraliza el oxígeno singlete
Flavonoides, Licopenos
2. Endógenos
Enzimáticos Cofactor
Superóxido dismutasa (SOD) Cobre, zinc, manganeso
Catalasa (CAT) Hierro
Glutatión peroxidasa (GPx) Selenio
No enzimáticos
Glutatión Barreras fisiológicas que enfrenta el oxígeno a su
paso desde el Coenzima Q hasta las células
y Antioxidantes

Sistemas de defensa antioxidante:Sistemas de defensa antioxidante:
y Antioxidantes
PRIMER NIVEL:
Consiste en evitar la reducción
univalente del O2 mediante sistemas
enzimáticos capaces de efectuar la
reducción tetravalente consecutiva
sin liberar los intermediarios
parcialmente reducidos. Esto se logra
con la Citocromo Oxidasa.
Existen 5 niveles de defensa antioxidante.

y Antioxidantes
SEGUNDO NIVEL:
Enzimas especializadas en captar el radical anión superóxido (O2
.-
).
Superóxido Dismutasa (SOD)
Puede ser dimérica o tetramérica. Se conocen tres formas
de SOD según el metal que utilizan como cofactor: CuZn-
SOD, Mn-SOD y Fe-SOD.
2 O2
.-
+ 2 H+
H2O2 + O2
SOD

y Antioxidantes
TERCER NIVEL:
Enzimas que neutralizan el peróxido de hidrógeno. Entre ellas está
la Catalasa, que se encuentra en los peroxisomas y que catalizan la
reacción de dismutación siguiente:
Catalasa (CAT)
2 H2O2 2 H2O + O2
CAT
Es tetramérica y contiene un núcleo de hierro como
grupo hemo unido a cada cadena polipeptídica.

y Antioxidantes
TERCER NIVEL:
Enzimas que neutralizan el peróxido de hidrógeno. Entre ellas está
la Glutatión Peroxidasa que catalizan la siguiente reacción:
Glutatión Peroxidasa (GPX)
Es tetramérica, cada unidad contiene un residuo de
selenocisteína. Se conocen 5 isoenzimas: GPX citosólica ó
mitocondrial (GPX1), GPX2 citosólica (o GPX-G1) y la GPX3
extracelular (o GPX-P), la GPX4 (PHGPX o fosfolípido
hidroperóxido GPX), GPX5, que es independiente de selenio.
H2O2 + 2 GSH GSSG + 2 H2O
GPX

y Antioxidantes
TERCER NIVEL:
La Glutatión Peroxidasa (GPX) también
puede neutralizar hidroperóxidos lipídicos.
ROOH + 2 GSH ROH + GSSG + H2O
GPX
La molécula de glutatión oxidada (GSSG) es
regenerada a la forma reducida (GSH) en otra
reacción catalizada por la enzima Glutatión
Reductasa (GR).
GR
Hidroperóxido
lipídico
Alcoxilo del
ácido graso

y Antioxidantes
TERCER NIVEL:

y Antioxidantes
INTEGRACIÓN DEL SEGUNDO/TERCER NIVEL:

y Antioxidantes
IMPORTANCIA DEL GLUTATIÓN:

y Antioxidantes
IMPORTANCIA DEL GLUTATIÓN:
GSH en diabetes

y Antioxidantes
PAPEL DE LOS MINERALES EN LAS ENZIMAS ANTIOXIDANTES:
Mn3+
+ O2
•-
→ Mn2+
+ O2
Mn2+
+ O2
•-
+ 2H+
→ Mn3+
+ H2O2
H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E
H2O2 + O=Fe(IV)-E → H2O + Fe(III)-E + O2
Los minerales actúan como cofactores enzimáticos, participando
activamente en reacciones de oxido-reducción.
En la Superóxido dismutasa: En la Catalasa:

y Antioxidantes
CUARTO NIVEL:
El radical libre puede ser
neutralizado por la vitamina E o
alfa-tocoferol, un antioxidante
efectivo que por su hidrofobicidad
se encuentra en las membranas
biológicas donde su protección es
particularmente importante.
Radical libre Tocoferoxilo
(vitamina E oxidada)
Alfa-Tocoferol
(vitamina E)
Alfa-Tocoferol
(vitamina E)

y Antioxidantes
CUARTO NIVEL:
La vitamina C o ácido
ascórbico es un agente
reductor o donador de
electrones y puede
reacciona rápidamente
con el radical libre.
Ácido ascórbico
(Vitamina C)
Ácido
Ascórbico
(Vitamina C)
Dehidroascorbato
(Vitamina C oxidada)
Dehidroascorbato reductasa
(Glutatión reducido)(Glutatión oxidado)
2

y Antioxidantes
Radical libre Tocoferoxilo
(vitamina E oxidada)
Alfa-Tocoferol
(vitamina E)
Vitamina C
(reducida)
CUARTO NIVEL:
La vitamina C también permite la regeneración de la vitamina E.
Vitamina C
(oxidada)
(Glutatión reducido)
2 GSH
GSSG
(Glutatión oxidado)

y Antioxidantes
CUARTO NIVEL:
Radical peroxilo

y Antioxidantes
QUINTO NIVEL:
Una vez producido el daño molecular,
existe un quinto nivel de defensa que
consiste en la REPARACIÓN. Los RL
pueden inducir mutagénesis, pero
existen mecanismos enzimáticos de
reparación del DNA que permiten
restablecer la información genética.
También los PUFAs peroxidados
pueden ser eliminados para reparar
los fosfolípidos lesionados.
Fosfolipasa A2
PUFA
peroxidado

y Antioxidantes
Los antioxidantes más importantes son:
La Vitamina C
Los Beta-carotenos
Los flavonoides
La Vitamina E
El selenio
El cobre
El cinc
El manganeso
Los antioxidantes en los alimentos:Los antioxidantes en los alimentos:

El desbalance entre la producción
de EROS y la defensa antioxidante
provoca un daño orgánico conocido
como ESTRÉS OXIDATIVO, que
lleva a una variedad de cambios
fisiológicos y bioquímicos los
cuales ocasionan el deterioro y
muerte celular.
ESTRÉS OXIDATIVO
y Antioxidantes
Antioxidantes Prooxidantes

ESTRÉS OXIDATIVO BIOMOLÉCULAS MÉTODOS
Lípidos Quimioluminiscencia
MDA (malondialdehído)
Dienos conjugados
Peróxidos
Pentano, etano
Proteínas Compuestos carbonilos
Grupos sulfhidrilos
Fragmentación de proteínas
Actividad de enzimas
Grupo aminos libres
ADN Bases modificadas (8-OxoG)
y Antioxidantes
El estrés oxidativo se puede
medir mediante Métodos
Directos e Indirectos.

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