Curso optativo

Antioxidantes

José Pedraza Chaverrí Facultad de Química, UNAM

   

COMPOSICIÓN  DE  LA  ATMÓSFERA  (%)  

Nitrógeno , 78.08000000

Oxígeno , 20.95000000

Argón 0.93000000

CO2 0.03000000

Neón 0.00180000 Helio 0.00050000

Criptón 0.00010000 Hidrógeno 0.00006000

Ozono 0.00004000

Xenón 0.00000800

TOXICIDAD  DEL  OXÍGENO  

•  El   oxígeno   es   indispensable   para   la   vida   de   los  organismos  aerobios.  

•  Sin   embargo,   a   alta   concentración   o   bajo   ciertas  condiciones   a   la   concentración   normal   de   21%   es  tóxico.  

•  Esto   se   debe   al   aumento   en   producción   de  metabolitos   del   oxígeno  parcialmente   reducidos   o   a  la  disminución  del  sistema  an>oxidante  de  defensa.  

Radical  libre  

•  Un  radical  libre  es  cualquier  especie  capaz  de  exis>r  independientemente  y  que  con>ene  uno  o  mas  electrones  desapareados.  

•  Un  electrón  desapareado  es  uno  que  ocupa  por  si  mismo  un  orbital  molecular  o  atómico.  

•  X  à  e-­‐  +  X.+    

•  Y  +  e-­‐  à  Y.-­‐            

•  A:B  à  A.+  B.  

Oxidación  

Ganancia  de  oxígeno:    C  +  O2  à  CO2  (el  carbono  se  oxida  a  dióxido  de  carbono)    Pérdida  de  electrones:  Na  à  Na+  +  e-­‐  (el  átomo  de  sodio  se  oxida  al  ión  sodio)  

O2.-­‐  à  O2  +  e-­‐  (el  radical  superóxido  se  oxida  a  

oxígeno)      

Reducción  •  Pérdida  de  oxígeno:  •  CO2  +  C  à  2CO  (El  CO2  se  reduce  a  monóxido  de  carbono;  el  C  se  oxida  a  CO).  

•  Ganancia  de  hidrógeno:  •  C  +  2H2  à  CH4  (el  carbono  se  reduce  a  metano).  

Reducción  

•  Ganancia  de  electrones:  

•  Cl  +  e-­‐  à  Cl-­‐  (El  átomo  de  cloro  ser  reduce  al  ión  cloro).  

•  O2  +  e-­‐  à  O2.-­‐  (El  oxígeno  se  reduce  a  radical  

superóxido).  

Agente  oxidante  

Es  el  que  oxida  a  otro  compuesto    • a)  Tomando  electrones  de  él.  • b)  Tomando  hidrógeno.  • c)  Adicionando  oxígeno.  

Durante  la  reacción,  el  agente  oxidante  se  reduce.  

Agente  reductor  

Es  el  que  reduce  a  otro  compuesto:  • a)  Donando  electrones.  • b)  Donando  hidrógeno.    • c)  Removiendo  oxígeno.  

Durante  la  reacción,  el  agente  reductor  se  oxida  

El oxígeno es un diradical, tiene un electrón en cada uno de sus dos orbitales antiunión. Debido a sus dos electrones desapareados, es atraído en un campo magnético por lo que se dice que es paramagnético. En su estado basal de energía genera tres señales (un triplete) en un campo magnético. Los electrones desapareados tienen el mismo giro (spin) pues así al mantenerse alejados uno de otro reducen la repulsión de sus cargas negativas.

Estos electrones pueden interaccionar con los electrones de otros elementos y compuestos que estén libres y que tengan el giro opuesto. La razón por la cual el O2 no es muy reactivo a temperatura ambiente se debe a que, en la mayoría de los compuestos, los electrones se encuentran apareados, habiendo muy pocos electrones libres y solo algunos de estos con un giro opuesto a los del oxígeno.

Especies  reacHvas  de  oxígeno  

•  Especies  que  pueden  ser  o  no  radicales  libres  y  son  mas  reac>vas  que  el  oxígeno  molecular  debido  a  que  con>enen  oxígeno  incompletamente  reducido  o  con  una  distribución  electrónica  diferente.  

e- e- e- e-

2H+ 2H+ OH- +

Formación de ERO’s: Reducción univalente del oxígeno

O2 • - O2 H2O2 2H2O OH•

O2 → O2.- → H2O2 →

.OH → 2H2O

REDUCCIÓN TETRAVALENTE DEL OXÍGENO

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

e- e- e- e-

2H+ 2H+

REDUCCIÓN  UNIVALENTE  DEL  OXÍGENO  

OH- +

RADICALES NO RADICALES

SUPEROXIDO (O2.-) PERÓXIDO DE HIDROGENO (H2O2)

HIDROXILO (OH.) ÁCIDO HIPOCLOROSO (HOCl)

PEROXILO (RO2.) SINGULETE DE OXÍGENO (1Δg)

ALCOXILO (RO.) PEROXINITRITO (ONOO-)

HIDROPEROXILO (HO2.) OZONO (O3)

ESPECIES  REACTIVAS  DE  OXÍGENO  

REACCIÓN DE FENTON

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH. + OH-

REACCIÓN DE HABER-WEISS

O2.- + Fe3+ → Fe2+ + O2

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH. + OH- __________________________________

O2.- + H2O2 → OH. + OH- + O2

PRODUCCIÓN  DEL  RADICAL  HIDROXILO  

Especies  reacHvas  de  nitrógeno  

Radicales:  Óxido  nítrico  (NO.)                                                    Dióxido  de  nitrógeno  (NO2

.)    

 No  Radicales  Ácido  nitroso,  HNO2                                                          Cloruro  de  nitrilo,  NO2Cl  Ca>ón  nitrosilo,  NO+                                      Anión  nitroxilo,  NO-­‐  

Tetróxido  de  dinitrógeno,  N2O4        Alquil  peroxinitratos,  Trióxido  de  dinitrógeno,  N2O3            ROONO

-­‐  

Peroxinitrito,  ONOO-­‐  Ca>ón  nitronio,  NO2

+  

 

Reducción univalente O2 + 1e- → O2

•-

L-arginina + O2 + NADPH + H+

O2 + NADPH + H+

NADPH oxidasa

O2•- + •ON ONOO- HONOO

Óxido nítrico sintasa

▪OH RE

P450 reductasa

Citocromo b5

O2

Xantina oxidasa

NADPH + H+ NADP+

H+

Daño a DNA

Lipoperoxidación

Oxidación de proteínas

Poderoso agente nitrante

Lipoperoxidación

Precursor de ERN’s

+ ▪NO2

•  Estrés   oxidante:   Es   una   alteración   en   el   balance  oxidantes-­‐an>oxidantes   a   favor   de   los   primeros  que,   cuando  persiste,   induce  daño  a   las  moléculas  que  cons>tuyen  a  los  organismos  vivos.  

(Halliwell y Gutteridge, 2007).

Daño oxidante: Es el daño biomolecular causado por el ataque de las especies reactivas sobre los constituyentes de los organismos vivos.

An>oxidante  •  Un  anHoxidante  es  cualquier  sustancia  que  retarde,  prevenga  o  remueva  el  daño  oxidante  a  una  molécula  blanco  (Halliwell  y  Guderidge,  2007).    

•  Los  an>oxidantes  son  donadores  de  electrones  a  centros  moleculares  que  son  suscep>bles  de  perder  electrones  y  por  lo  tanto  de  la  formación  de  radicales  libres  y  de  iniciar  oxidaciones  y  cadenas  oxida>vas  de  oxidación  (Dinkova-­‐Kostova  y  Talalay,  Arch  Biochem  Biophys,  2010).  

Los  anHoxidantes  pueden  ser  sinteHzados  endógenamente  o  tomados  de  la  dieta  

Endógenos    •  Superóxido  dismutasa    O2•¯ˉ  +  O2•¯ˉ  +  2H+  →  H2O2  +  O2  

 

•  Catalasa    H2O2  +  H2O2  →  2H2O  +  O2  

 

•  Hemo-­‐oxigenasa      HEMO  +  O2  →  CO  +  BILIVERDINA  +  Fe2+  →  BILIRRUBINA      

NADPH  +  H+  →  NADP+  

Dieta:    •  Romero    Carnosol  

•  Café    Kahweol    

•  Chile    Capsaicina  

Defensas  anHoxidantes  • AnHoxidantes  de  bajo  peso  molecular:    

–  (a)  directos  (GSH,  vitaminas  C,  E  y  K,  ubiquinol,  carotenos,  ácido  úrico),    

–  (b)  indirectos  (sulforafano)    –  (c)  bifuncionales  (curcumina,  ácido  lipoico,  resveratrol,  NDGA).  

• Enzimas:    –  (a)  con  acción  anHoxidante  directa  (SOD,  GPx,  y  CAT),    –  (b)  que  regeneran  anHoxidantes  (GR  y  TrxR),    –  (c)  que  sinteHzan  anHoxidantes  de  bajo  peso  molecular  (GCL  y  HO-­‐1)    –  (d)  que  sinteHzan  NADPH  (G6PDH).    

• Proteínas  que  secuestran  iones  metálicos  de  transición.  –  Fe:  FerriHna,  transferrina.    –  Cu:  ceruloplasmina.  

EQUILIBRIO  ANTIOXIDANTES-­‐RADICALES  LIBRES  

LOS  RADICALES  LIBRES  BUSCAN  ÁVIDAMENTE  ELECTRONES  

ENZIMAS  ANTIOXIDANTES  

Antioxidantes

No enzimáticos

Vitamina C Glutatión Ácido úrico

Vitamina E β-caroteno Bilirrubina

Glutatión peroxidasa Tiorredoxina peroxidasa Catalasa Superóxido dismutasa Glutatión reductasa Hemo-oxigenasa-1

Hidrosolubles

Liposolubles

Enzimáticos

Superóxido dismutasa O2

• - + O2

• - + 2H+ → H2O2 + O2

Catalasa 2H2O2 → 2H2O + O2 Glutatión peroxidasa H2O2 + 2GSH → GSSG + 2H2O Tioredoxina peroxidasa (Peroxiredoxina) H2O2 + TrxP (red) → 2H2O + TrxP (ox)

ENZIMAS  INVOLUCRADAS  EN  EL  METABOLISMO  DE  LAS  ESPECIES  REACTIVAS  DE    OXIGENO  

H2O2

GPx 2 H2O

2 GSH GSSG

GSH reductasa

2 NADP+ 2 NADPH + H+

G6PDH

2 Glucosa-6P 2 6-P-Glucono-delta lactona

ENZIMAS  INVOLUCRADAS  EN  EL  METABOLISMO  DE  LAS  ESPECIES  REACTIVAS  DE    OXIGENO  

GSSG + GR-(SH)2 2GSH + GR-S2 GR-S2 + NADPH + H+ GR-(SH)2 + NADP+

Glutatión reductasa

Tioredoxina reductasa

Hemo oxigenasa (HO)

HEMO BILIVERDINA BILIRRUBINA

NADPH + H+ NADP+

HO

NADPH + H+ NADP+

Trx-S2 + NADPH + H+ Trx-(SH)2 + NADP+ Trx-(SH)2

+ proteína-S2 Trx-S2 + proteína-(SH)2

H2O2

GSH

GPx (Se) GR

GSSG

TrxR (Se)

Trx (red)

TrxP

Trx (ox)

H2O

DEGRADACION  DE  H2O2  POR  PEROXIREDOXINA  (TIOREDOXINA  PEROXIDASA,  TrxP)  Y  GLUTATION  PEROXIDASA