Seminario sobre el estrés oxidativo y su impacto en la biología celular

Visión General del Oxígeno y Estrés Oxidativo

En este seminario vemos una visión nueva sobre el oxigeno. Este es importante para el metabolismo oxigeno, es esencial para optener energia. Sin embargo, el oxigeno es toxico, y es capaz de dañar a biomoleculas organicas. Vivimos en un ambiente oxidente pero tenermos mecanismo antoxidantes.

Seminario Estrés Oxidativo Profa. Patricia M. Porras Quesada pmporras@ugr.es Dpto. Bioquímica y Biología Molecular III e Inmunología

La Paradoja del Oxígeno

La vida sobre la tierra ha evolucionado dando lugar organismos aeróbicos, que no pueden sobrevivir sin el oxígeno, ya que es clave para sus procesos metabólicos. Sin embargo, cuando este oxígeno es activado se convierte en tóxico para estos organismos. El exceso de formas activas de oxígeno conduce al llamado ...

Papel dual del oxigeno en nuestro oragnismo, es totalmente esencial pero por otro lado en nuestro organimos puede dar lugar a especies reactivas del oxigeno. ROS, son moleculas muy inestables que para estabilizarse dañan a moleculas organicas. Esto ocurre de manera fisiologica normal y no tiene mayor consecuencia salvo que amortiguamos estos cambios, mecanismo antioxifdantes. Pero si no ocurre un equilibrio hablamos de estrés oxidativo

Estrés Oxidativo y Radicales Libres

Daño por los Radicales Libres

Así como los radicales libres son los responsables de la descomposición de una manzana, los radicales libres también son responsables del daño a los tejidos y a las células de nuestro cuerpo.

De la misma forma que los antioxidantes son capaces de proteger una manzana de la oxidación causada por los radicales libres, los antioxidantes pueden proporcionar protección a nuestros cuerpos.

oxidación El oxigeno daña las moleculas. El limón amortigua el daño del oxigeno. Esto también ocurre en nuestro interior del organismo y al final este oxigeno, en una pequeña proporcion ocurre este estrés oxidativo, sin embargo los mecanismos antioxidantes evitan daño en los tejidos.Daño por los Radicales Libres

La industria estudia mucho este tema. El acido hialuronico, con las especies reactivas del oxigeno se romepen. Por ello muschas cremas tienen mecanismos antioxidentes con el fin de evitar la rotura del acido hialuronico

En 1954 Rebeca Gerschman publica en "Science" su famoso artículo "oxigen poissoning". Sugiere que la mayoría de los efectos tóxicos sobre los organismos vivos pueden ser debidos a la formación de radicales libres.

La existencia de radicales libres es confirmada por nume autores y relacionada con el proceso de envejecimiento.

A partir de estos hallazgos se desata una verdadera fiebre investigadora para tratar de anular el efecto de los radicales libres.

Las especies ROC causan muchas enfermedades pero sobre todo lo del envejecimiento. Con el oxigeno nos dañamos.

¿Qué es el Estrés Oxidativo?

Como especies ROS hay especies con alta reactividad y derivadas del oxigeno, que necesitan intractuar con otras moleculas. Dentro de estas tenermos radicales libres, los mas peligrosos, los mas reactivos.

Es un desequilibrio entre la producción de especies reactivas del oxígeno (que incluyen los radicales libres y los peróxidos) y la capacidad de un sistema biológico para reparar el daño resultante.

mecanismos antioxidentes que se tienen El desbalance del estado normal redox, pueden causar efectos tóxicos a través de la producción de peróxidos y radicales libres que dañan a todos los componentes de la célula, incluyendo las proteínas, los lípidos, los glúcidos y el ADN.

Formación de Radicales Libres

¿Cómo se forman los Radicales Libres?

Un electron desapareado, los atomos son estables cuando tienen en su ultima capa de valencia los electrones desapareados. El atomo de oxigeno tienen cierta predisposiscion a perder un electron dando lugar a esta molecula, radical libre. Un molecula que tiene un electron desapareado, siendo muy inestable por lo que necesita robar un electron lo antes posible y con ello estabilizarse muy rápido.

Free Radical Normal Oxygen Atom Loss of Electron Otras ROS no son tan inestables 15 25 2p Configuración electrónica del oxígeno (Z = 8) Inestables y muy reactivos BIRADICAL

Formación de Diferentes Especies Reactivas

ONOO' ESTADO NATURAL NO Singlet oxygen Dioxygen Superoxide radical Radical libre Peroxide ion Otras ROS e .- e- - O2 02* 2 0,2- 2 2H+ Fe2+ No es peligrosa en si naturaleza, pero el peligro es que puede dar a radicales hidroxilos H2O2 OH' Vinculado a oxidación CHO LDL Hydrogen peroxide Radical libre Hydroxyl radical Otras ROS Oxigeno singlete, no es un radical libre pero si una forma muy exicitada del oxigeno. Tiene la capacidad oxidante incrementeda. H2O2 + Fe2+- OH-+ OH' + Fe3+ El radical libre OH-, es el radical libre más reactivo y más destructivo de los que hay en el metabolismo natural. Es el mas inestable y necesita el electron, se lo roba a quién primero se encuntra. Cuanto mas inestable, mas rapido le roba el electrón y antes produce el daño.

Oxidante muy enérgico Estado excitación muy reactivo 1 102

Formación de Diferentes Especies Reactivas (No Estudiar)

NO ESTUDIAR ESTA DIAPOSITIVA .0:0 1 0: :0 2 .0:0 3 H:O:O:H 4 H:O. 5 Especies reactivas del oxígeno: 1: oxígeno triplete 2: oxígeno singlete 3: radical anión superóxido 4: peróxido de hidrógeno 5: radical hidroxilo

Activación del Oxígeno

La estructura electrónica del oxígeno hace que sea susceptible de reducciones parciales, produciéndose Especies Reactivas de Oxígeno (EROs o ROS).

Es una ruta de reducción del oxigeno, que ocurre en la cadena transportadora del oxigeno. Para que el oxigeno se transforme en agua . El oxigeno actua como aceptor de elctrones y si se reduce parcialmente, cosa que ocurre de manera fisiologica. Esto no es problema si ocurre de manera adecuada y funcionan los mecanismos antioxidentes

- e ; e+H + 0,-€ 2 O 2 H2O2-e, OH- e H20 2 Oxígeno Radical libre superóxido Peróxido de hidrógeno Radical libre hidroxilo

Propiedades Básicas de las Especies Reactivas de Oxígeno

Desaparece muy rapido porque le roba un electron a otra biomolecula organica para ser estable, dañandola.

No daña a ninguna biomolecula porque no roba ni cede electrones, pero se considera una EROS porque da lugaar a radicales hidroxilos

Tabla 1. ERO más importantes, símbolo químico, vida media, el lugar que les da origen y su reactividad (Mustafa, 2015).

Reacciones Catalizadas por Metales

Estas reacciones se producen en una pequeña consicion patologica, normalmente no se dan de manera normal. Son dos reacciones que partein del peroxido de oxigeno y da lugar a radciales hidroxilo, y utiliza un radical metalico como sustrato. Para que se den estas reacciones el hierro debe de estar libre, cosa que no ocurre porque tenemos proteinas que hacen que los ines no estén libres en sangre, Si no tengo iones metalicos, no se dan estas reacciones

Reacción de O con Iones Metálicos Libres

Reacción de Fenton

Catión férrico Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO- + HO radicales hidroxilo Radical + nocivo

Reacción de Haber-Weiss

Reducción del catión férrico a catión ferroso Superóxido 2 - + Fe3+ Fe2+ + O2 Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO- + HO. O2 - + H2O2 O2 + HO- + HO.

Propiedades de las Especies Reactivas de Oxígeno (ROS)

Producción de Radicales Libres en Condiciones Fisiológicas

¿Se producen radicales libres del oxígeno en condiciones fisiológicas? Sí

2 a 3 % del oxígeno es metabolizado a especies reactivas del oxígeno en condiciones fisiológicas.

En el metabolismo, las enzimas que utilizan O2 requieren un cofactor metálico (Cu, Fe).

Del 100% del oxigeno, el 90% se reduce totalmente a agua. Otro porcentaje se utiliza como cofactor 7-8% y el otro 2-3% desemboca a especies ROS. Tiene que estar en este porcentaje.

¿Dónde son producidas las especies activas del oxígeno a nivel celular?

Se generan en mitocondria, retículo endoplasmico, peroxisomas y como resultado de la actividad de enzimas citosólicas.

A nivel de mitrocondria porque se produce aquí la cadena transportadora del oxigeno. Los peroxisomas, la beta oxidacion de los acidos grasos nos permite obtener oxigenos de los lípidos, como se oxida el oxígeno se puede redcuir totalmente y dar agua o parcialmente y dar lugar a estas EROS.

Mecanismos de Generación Endógena de Radicales Libres

• Reacción de O2 con iones metálicos libres (pacientes con sobrecarga de Fe por transfusiones o ingesta oral). A nivel patologico, con enefermedades del hierro, son tipicos en pacientes que sufren transfusiones, con ingesta oral de hierro. Cuando la cantidad de hierro en la sangre aumenta da lugar a las dos reacciones que hemos visto
• Reacción colateral de la Cadena de Transporte de Electrones (O2 roba e- al CoQ y se convierte en superóxido). A nivel fisiologico
• Reacción enzimática normal en las cuales es necesario generar un ROS (al oxidar ácidos grasos en los peroxisomas). A nivel fisiologico

Procesos en los que se Liberan ROS

Procesos inflamatorios o ataque de las células inmunes a patógenos phagocytic immune cell B-oxidación AG en el peroxisoma H2O2 peroxisome H2O2 SOD Fe ß-oxidation Fe Fe NOX H2O2 O2 *- OH· Electron transport chain metabolizing enzymes Desintoxicación y excreción de xenobióticos 02 *- 02 *- H2O2 CoQ Cyt c 1 Ze 2a ATP synthase # NADH FADH FAD + 2H* 2H+ + 1/20; + (20) - H,0 x2 mitochondria O2 *- H2O2 02 ** ADP ATP SỐD 4H* 2H* nH XOR 4H* CYP SOD IV NAD + 2H* 06

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