Unidad 3 Estr s Oxidante

Unidad 3. Estrés oxidante

Francisco Hernández-Luis, María Elena Bravo-Gómez, Perla

Castañeda-López, Circe Mouret-Hernández

Facultad de Química, Departamento de Farmacia, UNAM

3.1. Efecto de los oxidantes en la salud humana

Por los avances que se han llevado a cabo para tratar de entender

cómo es que los procesos de oxidación celular, y factores externos e

internos que los desencadenan, están involucrados en algunos trastornos

clínicos (Tabla 3-1),1 esta área del conocimiento se ha convertido en uno de

los temas de estudio centrales en el campo de la toxicología.

Aunque los procesos de oxidación celular se presentan en todo momento

en el organismo, existen las defensas antioxidantes naturales, las cuales,

son generalmente adecuadas para aminorar o eliminar el daño que se

pudiese ocasionar. Sin embargo, estos antioxidantes y las enzimas que los

producen disminuyen con el envejecimiento.1-2

Figura 3-1. Estrés oxidante

Este trabajo tiene como propósito presentar los aspectos básicos

involucrados para la mejor comprensión del estrés oxidante.

3.2. Causas del estrés oxidante

El estrés oxidante en las células y tejidos se presenta cuando hay

una sobreproducción de especies oxidantes: O2¯ (anión superóxido), H2O2

(peróxido de hidrógeno).3 La presencia de estas especies químicas provoca

un desajuste en la relación oxidante/antioxidante de la célula, con tendencia

favorable hacia el primero. Dado que el estado redox del organismo es

prácticamente estable, el estrés oxidante es un fenómeno que se presenta

sólo en compartimentos corporales.4

Al parecer son tres las alteraciones intracelulares que de forma

directa ocasionan el estrés oxidante.5

- La sobreproducción de especies oxidantes como el H2O2 y de

radicales libres, como el anión superóxido

- La liberación de los complejos iónicos presentes en algunas

macromoléculas de importancia biológica

Tabla 3-1.Trastornos clínicos en donde están involucradas especies oxidantes

Daño inflamatorio Globulos rojos -glomerulonefritis (membranosa, idiopática*)

-foto-oxidación de protoporfirina -paludismo

-vasculitis por fármacos -efectos por primaquina y análogos -enfermedades autoinmunes -intoxicación por plomo -artrítis reumatoides -efectos por fenilhidrazina

-anemia Isquemia-estados de reflujo -favismo -infarto al miocardio -transplante de órganos Pulmones Reacciones inducidas por xenobioticos (efecto yatrógeno*)

-efectos del humo del cigarro -hiperoxia -efectos por bleomicina

Alteraciones por fierro

-enfisema -efectos por ozono

-hemocromatosis idiopática -efectos por bajo consumo

-displasia broncopulmonar -neumoconiosis

-efectos por sobredosis -efectos por dióxido de azufre -talasemia y otras anemias tratadas con transfusiones

antioxidantes oxidanteshomeostasis

antioxidantes oxidantesestrésoxidante

Estrés oxidante Departamento de Farmacia, Facultad de Química, UNAM.

2 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández

Alcoholismo Sistema cardiovascular -aterosclerosis

Daño por radiación

-deficiencia de selenio (enfermedad de Keshan)

-cardiomiopatía alcohólica Envejecimiento

Riñones

-daño por aminoglicósidos Piel -radiación solar

-alteraciones por metales pesados -síndrome nefrótico

-daño térmico -porfíria -dermatitis por contacto

-alteraciones autoinmunes Sistema nervioso -Alzheimer

Ojos

-cataratogénesis -distrofia muscular -esclerósis múltiple

-hemorragia ocular -retinopatía

-daño por oxígeno hiperbárico -deficiencia en vitamina E

-daño degenerativo de retina -neurotoxinas -enfermedad de Parkinson

Tracto gastrointestinal -daño cerebrovascular por hipertensión

-acción diabetogénica del aloxano -pancreatítis

-encefalomielitis alérgica -daño traumático

-compuestos halogenados -sobredosis de aluminio -daño por antiinflamatorios no esteroidales (NSAIDs)

*Idiopática: de causa no determinada; el nombre de xenobióticos se refiere a

intoxicación por los mismos. Yatrógeno: inducido por administración de fármacos.

- La modificación de las defensas contra los radicales libres.

Es preciso indicar, que dichas alteraciones son a su vez producto

de otros desajustes celulares, tales como la activación incrementada de

leucocitos, alteraciones en el metabolismo del ácido araquidónico, cambios

en las concentraciones de antioxidantes celulares (Figura 3-2).5

Para que todas o alguna de estas modificaciones se presenten en

la célula, es necesario que se den ciertas condiciones, ocasionadas por

factores de naturaleza externa y endógena.6

Dentro de las externas se encuentran alimentos, contaminantes,

fármacos, radiaciones y productos cosméticos. Por lo que respecta a los

endógenos, abarcan una serie de alteraciones patológicas o fisiológicas,

algunas de las cuales son determinadas por el estilo de vida del individuo

(Tabla 3-2).5

Figura 3-2. Causas del estrés oxidante



Nrf2: factor nuclear de transcripción; AP-1: proteína activadora 1; NF-kB: factor

nuclear potenciador de las cadenas ligeras kappa de las células B activadas.

Figura 3-3. Respuesta celular al estrés oxidante

Tabla 3-2. Factores que favorecen al estrés oxidante en el ser humano

Factores exógenos Factores endógenos

alimentos vida sedentaria dietas ricas en proteínas y lípidos ejercicio físico exhaustivo xenobióticos pro-oxidantes procesos inflamatorios (crónicos) dietas pobres en antioxidantes cáncer bebidas (café, alcohol) isquemia/perfusión

contaminantes muerte celular humo de cigarros estrés psicológico O3, NO2, SO2, hidrocarburos plaguicidas: paraquat,DDT, eldrin, lindano

exposición ocupacional (metales, asbestos)

fármacos anticancerígenos psoralenos (furocumarinas)

radiaciones radiación ionizante

radiación ultravioleta microondas

absorbentes dérmicos derivados de psoralenos (pigmentadores)

3.3. Especies oxidantes reactivas

En el campo de la toxicología se conocen dos tipos de especies

químicas que ocasionan daño celular o participan en los procesos para

amplificar estas alteraciones. Dichas especies son los intermediarios

reactivos, de naturaleza electrofílica, y las especies oxidantes reactivas.7

En el estudio del estrés oxidante son estas últimas las de mayor

relevancia. En términos generales, las especies oxidantes reactivas se

presentan con átomos de oxígeno o con átomos de nitrógeno.8 En la stabla

3-3 se presentan las de mayor relevancia biológica con sus nombres y

estructuras para identificarlas. Es importante señalar que la naturaleza de

estas especies reactivas no en todos los casos es de radical libre, ya que

existen sustancias como el peróxido de hidrógeno que no presenta esta

característica.8

Además de su naturaleza química, las especies reactivas son

diferentes en cuanto al valor de su vida media. El peróxido de hidrógeno,

los hidroperóxidos orgánicos y el ácido hipocloroso, presentan tiempos de

vida media del orden de minutos; el radical peroxilo y el óxido nítrico, del

orden de segundos; el anión superóxido, el oxígeno singulete y los

radicales alcoxilos, del orden de microsegundos; el radical hidroxilo del

orden de nanosegundos además de que está limitada a su difusión.4 La

contribución exacta de estas especies al daño celular aún no está del todo

Nrf2

AP-1

NF-kB

especies oxidantes:

citoplasma núcleo

antioxidantes:

activación de genes

antioxidantes,Fase I y II

mitocondriaARNm



clara, dado que pueden ser iniciadores o productos del trastorno

patológico.4

Tabla 3-3. Especies oxidantes reactivas (ROS)

Especies reactivas con oxígeno Especies reactivas con nitrógeno

RADICALES RADICALES

anión superóxido O2¯' radical óxido nítrico NO ·

radical hidroxilo ·OH radical dioxido de nitrógeno NO2 ·

radical peroxílo ·OOR radical perhidroxilo ·OOH NO RADICALES radical alcoxilo ·OR ácido nitroso HNO2 radical protein hem ferrilo

·X-[Fe(IV)=O] catión nitronium catión nitrosilo

NO2 +

NO+ anión nitroxilo NO- NO RADICALES tetróxido de dinitrógeno N2O4 peróxido de hidrógeno H2O2 trióxido de nitrógeno N2O3 ácido hipocloroso HOCl peroxinitrito ONOO- ozono O3 alquilperoxinitritos ROONO oxígeno singulete 1O2

A continuación vamos a mencionar algunas de las características

generales de los ROS más estudiados y mencionados en la literatura.

3.3.1. El anión superóxido

El anión superóxido, el peróxido de hidrógeno y •OH se forman

como intermediarios en el proceso de reducción de una molécula de

oxígeno a agua, como se muestra en la figura 3-4.10 Se ha determinado que

aproximadamente el 2% del oxígeno reducido por las mitocondrias forma

anión superóxido.11 Esta sustancia se forma en prácticamente todas las

células aeróbicas. Una de sus fuentes principales, es la explosión

respiratoria que se presenta en los neutrófilos. En este proceso es

importante la participación del complejo NADPH oxidasa. En su estado

activado, este complejo se localiza en las membranas plasmáticas y

consiste de los siguientes componentes: NADPH deshidrogenasa, dos

subunidades de citocromo b558, y la proteína unidad a difenilyodonium

(Figura 3-5).9

Figura 3-4. Generación de especies oxidantes de la molécula de oxígeno

Figura 3-5. El complejo NADPH oxidasa

El anión superóxido puede transformarse en peróxido de hidrógeno

mediante la participación de una enzima llamada superóxido dismutasa

O O..

:

:

:

.. :

..:

..: . .

.

..

..: ..

..OO

....

..: ....OO ..

..: ....OO

1g O21g O2

oxígeno singulete 1O2

O2

+ 1e-

O2

_

...

..: ..

..OO

anión

superóxido

+ 1e- + 1e-+ 1e-

H2O2

O O..

.. :

..

..

.

: H H

peróxido de

hidrógeno

OH

O..

: ...H

radical

hidroxilo

H2O

H ..: ..O H

citocromo b558

NADPHdeshidro-genasa

membrana

plasmática

NADP+NADPH

Extracelular

proteína unida a

difenilenyodonium

O2

O2

_.

Intracelular



(SOD, figura 3-6). Cada plaqueta humana contiene alrededor de 1 fg de

SOD, el cual es la mitad de lo que presentan los leucocitos.

Figura 3-6. Transformación del anión superóxido a peróxido de hidrógeno.

Importancia del potencial estándar de reducción.

A + B → C + D ∆G(−)

Tabla 3-4. Potenciales de reducción

Semi-reacción E´o (V)

½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O 0.82

NO3- + 2H+ + 2e- → NO2

- + H2O 0.42

O2 + 2H+ + 2e- → H2O2 0.31

Citocromo c Fe3+ +e- → Citocromo c Fe2+ 0.25

FAD + 2H+ + 2e → FDH2 -0.22

GSSG + 2H+ + 2e → 2GSH -0.23

Citocromo b358F3+ + e- → Citocromo b358F2+- -0.24

NADP+ + H+ +2e- → NADPH+ -0.32

O2 + e- → O2.- -0.33

Ferredoxina Fe3+ +e- → Ferredoxina Fe2+ -0.43

1

2 O2 + 2H+ + 2GSH → H2O + GSSG + 2H+

∆E° = 0.82 + 0.23 = 1.05 (V)

Figura 3-7. Reducción del oxígeno.

O2

O2.-

HO·

H2O2

H2O

-0.330.89

0.38

2.32G = -nf E´o

f = 23.06 Kcal/V mol



3.3.2. El peróxido de hidrógeno

Este compuesto puede ser formado espontáneamente o por la

participación de la SOD. Aunque no es un radical libre puede reaccionar

con el anión superóxido en presencia de metales de transición, para

generar al radical hidroxilo. Por esta razón, se le considera un oxidante

importante en las células epiteliales y en plaquetas. Las enzimas que

generan H2O2 se encuentran en el endotelio. Así como la SOD transforma

al anión superóxido en H2O2, este último es transformado en agua por las

enzimas catalasa o la glutatión peroxidasa. La catalasa presenta

prácticamente exclusividad de acción sobre el H2O2, la glutatión peroxidasa

por su parte puede transformar a otras especies oxidantes.

3.3.3. El radical hidroxilo (∙OH)

Éste radical es considerado una de las especies oxidantes más

dañinas. Por su vida media corta y alta reactividad, el ·OH generalmente

actúa en los sitios cercanos donde se produce. La generación de este

radical se ve favorecida por la presencia de metales de transición. Esto

constituye un aspecto importante del daño oxidante, el cual en cierta forma

está determinado por la ubicación de los metales de transición (fierro,

cobre) en la célula.

Una segunda forma de producción de ∙OH ha sido descrita, la cual

no requiere de la presencia de metales de transición. Como se muestra en

el figura 3-8 esta ruta involucra al anión superóxido y al óxido nítrico.

Figura 3-8. Alternativa para la generación de ∙OH

tioles (RSH) O2._

OH.H2O2 SRFe(II), Cu(I)

.

NADPH O2._

OH.H2O2Fe(II), Cu(I)

. NADP

O2._

OH.H2O2Fe(II), Cu(I)

catecolaminas

y análogossemiquinonas

ácido

ascórbico OH.H2O2

Fe(II), Cu(I)radical semiascorbato

lípidos

insaturadosFe(II), Cu(I)

OR. OOR. aldehídos

, , ,

, , ,

, , ,

, ,

, ,

Figura 3-9. Generación de especies oxidantes en los seres vivos por

sustancias endógenas

O2

_.+ NO ONOO

_

peroxinitritoanión

_ONOO + H+ ONOOH

HONOO OH. NO2.+

NO3

_+ H+



En los sistemas biológicos, el anión superóxido genera H2O2

mediante la intervención de la enzima superóxido dismutasa (SOD); esta

enzima se localiza en el citosol (Cu, Zn-SOD) y en la mitocondria (Mn-

SOD). El H2O2 se descompone en moléculas de agua, por la intervención

de las enzimas catalasa o glutatión peroxidasa (GPO o GSH-Px). Aunque

esta conversión es muy rápida, se pueden presentar condiciones que

modifiquen el funcionamiento de estas enzimas, entonces, el peróxido de

hidrógeno podría producir radical hidroxilo mediante la reacción de Fenton

con la participación de metales de transición.5

O2

_.

2H+

O2._

O2

SODH2O2

2GSH

GSSG 2H2O

2H2O

OH. + OH_

Fe(II), Cu(I), Mn(II)

Fe(III(, Cu(II), Mn(III)

reacción de

Fenton

H2O2O2

GPO

CAT

SOD: suoperóxido dismutasa; CAT: catalasa; GPO: glutatión peroxidasa

Figura 3-10. Reacción de Fenton

3.3.4. Otras especies oxidante reactivas que no son radicales libres

Mencionaremos en primer lugar al oxígeno singulete. Esta especie

se forma por la inversión en el spin de uno de los electrones desapareados

de la molécula de oxígeno. Los electrones de spin contrarios pueden

ubicarse en un solo átomo (1∑ gO2) o en ambos átomos de oxígeno (1∑

gO2).

Otra de las especies oxidantes, que no es radical libre, es el ácido

hipocloroso (HOCl). Esta especie se forma en los neutrofilos. Estas células

tienen una hemoproteínperoxidasa, llamada mieloperoxidasa (MPO, del

griego myelo = médula ósea) en sus gránulos azurofílicos (que se tiñen con

anilinas azules). Cuando los neutrófilos se activan, liberan MPO al medio

extracelular donde interactúa con H2O2 y Cl- para formar HOCl. Este ácido

tiene un pKa de 7.5, por lo que a nivel fisiológico, se presenta en igual

proporción la porción iónica (base conjugada) y la no iónica. Ambas

especies son 100 veces más oxidantes que el anión superóxido y el H2O2.

Figura 3-11. Generación de HOCl en neutrófilos activados

Una de las consecuencias de la generación de HOCl, es la

oxidación y desactivación de la α-1-antiproteasa (α-1-antripsina). Esta

oxidasa

lisozima

proteínas catiónicas

lactoferrina

degranulación

O2

O2

_.

citocromob 245

SOD

H2O2

MPO

Cl-HClO

flavoproteína

NADPH

NAPD+

citoplasma

MPO

gránulos

azurofílicos

H2N-R

Cl-NH-R“producto

estable”



proteína inhibe a la elastasa, la cual es una proteasa importante en los

procesos de inflamación. La falta de control de la elastasa, promueve una

proteólisis descontrolada. Prueba de esto es que cuando se previene en los

neutrófilos la generación de HOCl, las anti-proteasas permanecen activas y

son capaces de inhibir el daño epitelial.

Figura 3-12. Relación del daño causado por HOCl y las elastasas

3.4. Daño oxidante al ADN

Las macromoléculas biológicas que sufren daño por el estrés

oxidante son el ADN, los lípidos, las proteínas y los polisacáridos. De todas

ellas, al parecer el daño más significativo por las consecuencias que se van

a presentar es sobre el ADN.

En un primer plano, el daño se presenta en las bases

nitrogenadas. Aunque todas ellas son susceptibles de sufrir oxidación, es la

8-oxoguanosina, la que más se menciona en la literatura por ser la más

estable, lo que permite su cuantificación plasmática.

Figura 3-13. Daño oxidante sobre las bases nitrogenadas del ADN

En un segundo plano, es importante mencionar que el daño

oxidante al ADN puede activar a los proto-oncogenes con las implicaciones

que sobre la reproducción celular se vayan a presentar (Figura 3-14).

Figura 3-14. Algunas interacciones en los efectos del daño oxidante

elastasa

(activo)

elastasa

(inactivo)

inhibidor -1 proteasa

(inactivo)

inhibidor -1 proteasa

(activo)

HOCl

MPO

Cl-+H2O2

ROS

oxidación de los

ácidos nucleicos

nucleósidos oxidados

N

N N

N

R

OH

O

H2N

N

N N

N

R

O

H2N

O

H

8-oxoguanosina8-hidroxiguanosina

R: desoxiribosa

ADN

genes

inductor deperoxisomas

receptor

lipólisis L

LOOH

activación de

protooncogén

amplificacióndel oncogén

transformación

respuestamitogénica

replicación

ARNm

retículo

endoplásmicoH

2O

2

excesivo

peroxidaciónde lípidos

OH.

radicaleslibrescelular

proliferación inducción enzimáticacambios en la permeabilidadde membranas

de peroxisomas



En un tercer nivel de daño, los ROS activan a la poly(ADP-ribosa)

sintetasa, una enzima que polimeriza los residuos de ADP-ribosa del NAD+.

Estos eventos están asociados con la disminución de nicotinamida y

adenin-nucleótidos (NADPH) así como la elevación intracelular de Ca (II), lo

que desencadena alteraciones celulares que se presentan en la siguiente

figura.

Fibroblasto: célula alargada y plana del tejido conjuntivo que constituye el elemento de los tejidos fibrosos

Figura 3-15. Daño oxidante a nivel de ADN y consecuencias

En las células la concentración citosólica del Ca(II) se mantiene en

un rango de 0.1 a 0.2 μM. En la parte extracelular, la concentración de este

ión es de 1.3 mM. Esta diferencia en los valores, permite la existencia de

un gradiente electroquímico que favorece la entrada de Ca (II) al interior de

la célula por medio de la participación de acarreadores. Por otro lado,

existen mecanismos encargados de expulsar el exceso de Ca (II) del

interior al exterior de la célula, o secuestrarlo para conservarlo en el interior

del retículo endoplásmico, núcleo o mitocondrias. La importancia del Ca(II)

es que opera como un biosensor para el funcionamiento de varias

hormonas y factores de crecimiento.

El incremento del Ca(II) citosólico provoca alteraciones en las

membranas (formación de “ampollas”) de células aisladas, lo cual parece

estar asociado a los daños por isquemia y muerte celular. El Ca (II) actúa

como segundo mensajero en la regulación de varias funciones

intracelulares. Por ejemplo, cuando la concentración intracelular de Ca (II)

se incrementa, se altera la organización del citoesqueleto como resultado

de la disociación de microfilamentos de actina y la activación de

fosfolipasas y proteasas.

3.5. La peroxidación de lípidos

Los componentes lipídicos de las membranas celulares son

vulnerables a la oxidación debido a la presencia de dobles enlaces en sus

estructuras. El ataque de radicales libres a estos compuestos forman lípidos

hidroperóxidos (LOOH). Esto puede inducir cambios en la permeabilidad de

las membranas y alterar la interacción de las interacciones lípido-proteínas

en las membranas.

liberación de metales dentro de

los tejidos, más reacciones por

radicales libres

destrucción celular

más liberación de Ca (II),

destrucción de membranas

más reacciones vía radicales

libres, incluyendo la

peroxidación de lípidosmayor generación de .OH

H2O2

disponibilidad incrementada de

Fe catalíticamente activo

incapacidad para mantener

la compartimentalización de

Fe intracelular (pools)

estimulación de proteasas-Ca(II),

hidrólisis de mataloproteínas

disminución

de glutatión

(GSH)

disminución de ATP

y NAD(P)(H)

incapacidad para mantener bajas

concentraciones de Ca (II)

daño al sistema

de transporte de

Ca (II)

activación de la

poli(ADP ribosa)

sintetasa

escisión de

hebras

modificación

de las bases

nitrogenadas

formación de .OH

en sitio específico

H2O2 ( O2-.)

ADNfibroblastos humanos



Figura 3-16. Peroxidación de lípidos

A manera de ejemplo, se muestra la peroxidación del ácido

araquidónico en la figura 3-17.

Las consecuencias de la peroxidación de lípidos las podemos

enlistar de la siguiente forma:

a) pérdida de ácidos grasos poliinsaturados

b) disminución de la fluidez lipídica

c) permeabilidad alterada de la membrana

d) efectos en las enzimas asociadas a las membranas

e) transporte iónico alterado

f) generación de metabolitos citotóxicos de hidroperóxidos

liposolubles

g) liberación de material desde compartimientos subcelulares, por

ejemplo, las enzimas en los lisosomas

Una vez que los lípidos inician el proceso de peroxidación, se van

formando productos que a su vez van a presentar algunos efectos

fisiológicos en el organismo. Algunos de estos trastornos los mencionamos

a continuación:

a) peróxidos liposolubles

- estimulan la síntesis de prostaglandinas (activan a la ciclo-

oxigenasa)

- afectan el crecimiento celular

b) ácidos epóxidos

- afectan la secreción de hormonas

c) alquenal 4-hidroxilos (ej. 4-hidroxinonenal)

- afectan las actividades de la adenilciclasa y fosfolipasa C

- reducen el crecimiento y promueven la diferenciación celular

- inhiben la agregación de plaquetas

- bloquean la acción de macrófagos

- bloquean a grupos tioles

3.6. Alteraciones a proteínas y azucares

3.6.1. Daño oxidante a proteínas

Todos los aminoácidos de las proteínas son susceptibles, en mayor

o menor medida, a ser alterados por la presencia de radicales libres. La

exposición de proteínas al estrés oxidante puede resultar en modificaciones

a su estructura terciaria y/o secundaria. El daño a las proteínas se puede

dar por su interacción directa con radicales libres o por su interacción con

fase de

propagación

fase de

iniciación

metales de transición

radicales peroxilos y alcoxilos

.lípido hidroperóxido (LOOH) + L

abstracción de

hidrógeno

.radical peroxilo (LOO ) + LH

+O2

.radical libre (L )

abstracción de

hidrógeno

radical libre

lípido poliinsaturado (LH)

aldehídos, alcanos fase de

terminación



los aldehídos producidos en la peroxidación de lípidos o en la oxidación de

monosacáridos. Tales daños pueden producir cambios en la actividad

enzimática, alteraciones en las membranas, enlaces cruzados entre

receptores proteicos. El daño a las membranas puede alterar la

homeostasis iónica de importancia crucial para la célula. A nivel de

membrana plasmática puede provocar la acumulación intracelular del Ca (II)

lo que provocaría la activación de proteasas y fosfolipasas; y a nivel de

membranas mitocondriales ocasionaría una exacerbación del daño inicial.

Los grupos carbonilos de los aldehídos pueden interaccionar con

los grupos aminos de los aminoácidos para formar bases de Schiff,

alterando su naturaleza estructural.

Figura 3-19. Bases de Schiff en proteínas

P: proteína

Un aspecto interesante que se presenta, es que el daño

ocasionado a un aminoácido particular se puede transferir a otro en donde

realmente se va a ser patente la alteración.

metionina triptofano tirosina cisteína

La formación de bases de Schiff se ha utilizado para explicar cómo

la oxidación de la lipoproteína de baja densidad (LDL) está implicada en

uno de los trastornos cardiovasculares conocido como aterosclerosis.* La

unión de malondialdehído al amino épsilon de la lisina en la apo-proteína B

(porción proteica de la LDL), disminuye la densidad de carga positiva en la

superficie de la LDL, lo que imposibilita su reconocimiento por los

receptores de la porción apo-proteína para introducirlo a las células. Por

otro lado, la LDL modificada es reconocida por receptores de macrófagos,

los cuales, cuando los incorporan, dan lugar a las capas celulares (células

espumosas), elementos patológicos en la aterosclerosis.

Figura 3-20. Formación de productos de Amadori

3.6.2. Daño oxidante a azucares

Los monosacáridos, particularmente las aldosas, llegan a

oxidarse, en presencia de trazas de metales de transición, generando

radicales libres, H2O2, y compuestos dicarbonílicos. La glucosa es

considerada ser tóxica en virtud de su capacidad para comportarse

como un aldehído. Por esto podría reaccionar con los nucleófilos de las

proteínas (glicosilación). Las bases de Schiff así formadas se re-arreglan

*Forma común de arteriosclerósis, caracterizada por la formación de depósito de grasa (ateromas) en la túnica de las arterias.

CH2 C H

O

CH

O

+2 P NH2

NH CH CH CH NP P

apoproteína Breceptores para

reconocimiento por

espumosas de células

formación

macrófagos

ingerido porLDL modificado

oxidación

vascularendotelio

LDL

compuestodicarbonilo



para formar compuestos más estables conocidos como productos de

Amadori. Toda esta transformación es conocida como la reacción de

Maillard. Ha sido propuesto que los productos de Amadori están

implicados en las alteraciones vasculares que se presentan en la

diabetes mellitus.

donde P puede ser colágeno u otra proteína de la pared vascular

Esquema 14. Reacción de Maillard

3.7. Biomarcadores para el estrés oxidante

Existen algunos parámetros que se utilizan para determinar el daño

oxidante en seres humanos. Ejemplos de ellos se mencionan a

continuación.

- Daño oxidante a lípidos: determinación de los niveles de

prostaglandina F2.

En la Figura 3-21 se presentan las reacciones para la generación

del aducto del ácido tiobarbitúrico y el malondialhehído (TBAR).11

Tabla 3-5. Biomarcadores de estrés oxidante

Peroxidación de

lípidos

Oxidación de

proteínas

Oxidación de

carbohidratos

Oxidación de

ácidos nucléicos

Malondialdehído

(MDA)

F2-isoprostanos

Lipoproteína de

baja densidad

(LDL) oxidada

Anticuerpos

contra LDL

oxidada

Productos de

oxidación

avanzada de

lípidos

Acroleína

4-Hidroxinonenal

Productos finales

de glicación

avanzada (AGEs)

Oxidación de

tioles

Formación de 3-

nitrotirosina

Aldehídos

reactivos

8-hidroxi-2-

deoxiguanosina

Ravi Prakash, Tanuja Singapalli, Gokulnath. Review of oxidative stress in relevance to

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R C

OH

H

C H

O

glucosa (aldehído)

R C

OH

H

C

H

N P

R C

OH

C

H

NH PR C

O

CH2 NH P

producto de Amadori

P NH2

rearreglo



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Material complementario

Figura 3-21. Formación del aducto entre el ácido tiobarbiturico y el

malondialdehído

N

NS O

O

H

H

H

H

ácido tiobarbiturico

(TBA)

O O

malondialdehído

N

NS O

O

H

H

OOHH

-H2O

N

NS O

O

H

H

O

N

N S

O

O

H

H

H

H

N

N S

O

O

H

HN

NS O

O

H

H

OHH

N

NS O

O

H

HN

N S

O

O

H

H

-H2O

N

N S

O

H

H

OH

OHS N

N

HO



Figura 3-17. Peroxidación del ácido araquidónico

Los efectos toxicológicos que estos productos ocasionan no se

deben a que presenten un comportamiento de especies oxidantes

reactivas, sino a intermediarios reactivos de naturaleza electrofílica. Por

esta razón, van a reaccionar con especies nucleofílicas presentes en el

organismo, tales como el glutatión, bases nitrogenadas, proteínas,

azucares (Figura 3-18).

Figura 3-18. Comportamiento de intermediarios reactivos de dos productos de

peroxidación

HH

COH

O

ácido araquidónico (AA)

OH COH

O

.

O2

O

O

COH

O

.

O

OCOH

O

.

O2

AAO

OCOH

O

OOH

(lípido hidroperóxido: LOOH).

O

OCOH

O

O

O

OCOH

O

OH

O

OCOH

OCHO

+C5H11

.

AA

pentano

C5H12

COH

OH

O

CHO

CHO

malondialdehído

(MDA)

+

enlaces

cruzados

polímeros

2 RNH2

NR

NHR

lipofuscina

.

fase deiniciación

(radical peroxilo: LOO ).(lípido poliinsaturado: LH)

H2O

(radical libre: L ).

Fe(II)

(radical alcoxilo)

OH

H

O

R

4-Hidroxinonenal: R = CH3(CH2)4

GSH

R

OH

O

H

GS

O OHR

GS

N

N N

N

O

H2N̈

Guanosina

O

R

OH

N

N N

N

O

NR

OH

O

H ¨HN

N N

N

O

N

H

R

OH

OH

O

O

H

H

Malondialdehído

(MDA)

H

Guanosina

N

N N

N

O

H2N

N

N N

N

O

N

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