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Presentaciò,n:
El oxígeno molecular es indispensable para la vida de los organismos aerobios, pues es el último aceptor de los electrones en la cadena respiratoria. Aunque el oxígeno es indispensable para los organismos aerobios, a altas concentraciones o bajo ciertas condiciones, a la concentración normal, llega a ser tóxico. A este hecho contrastante se le conoce como la &ldquo,paradoja del oxígeno&rdquo,. La toxicidad del oxígeno se puede explicar por la formación de las especies reactivas de oxígeno (ERO). Estas especies son más reactivas que el oxígeno en su estado basal de triplete. Las principales especies son: (a) las que se producen por la ruptura o la excitación del oxígeno (oxígeno atómico, ozono y el oxígeno singulete) y (b) las parcialmente reducidas (anión superóxido, peróxido de hidrógeno y radical hidroxilo). En la siguiente tabla se muestra una lista mas completa de las especies reactivas de oxígeno. Tabla 1. Especies reactivas de oxígeno. Radicales No radicales Superóxido (O2*&ndash,) Oxígeno singulete (1O2) forma 1Hidroxilo (OH*) Peróxido de hidrógeno (H2O2) Peroxilo (RO2*) Ozono (O3) Alcoxilo (RO*) Anión peroxinitrito (ONOO&ndash,) Hidroperoxilo (HO2*) Ácido hipocloroso (HOCl) Oxígeno singulete (1O2) forma Ácido hipobromoso (HOBr) Estructura del dioxígeno. Para entender la reactividad del oxígeno molecular o dioxígeno (porque son dos átomos de oxígeno atómico unidos por un enlace covalente, O2), debemos entender su estructura electrónica. Una de las características interesantes del oxígeno es el hecho de que tiene dos electrones desapareados (que no están unidos cada uno con otro electrón) ocupando cada uno de ellos dos diferentes orbitales moleculares externos (en el orbital - pi antienlace -). Este tipo de estructura es llamado estado basal o estado triplete y significa que el oxígeno es un birradical, pues los radicales son usualmente más reactivos tratando de encontrar otro electrón con quien establecer un par (un radical libre por definición tiene al menos un electrón desapareado). Sin embargo, el dioxígeno posee estos dos electrones en giro paralelo (el espín nuclear - representado por la punta de la flecha- se encuentra hacía arriba) y esto le dificulta tomar dos electrones libres con giro antiparalelo (donde el espín nuclear &ndash, representado por la punta de la flecha - se encuentra hacía bajo) a la vez, por ello solo puede recibir estos electrones de uno en uno para cada orbital molecular externo. Esto explica porque en su estado basal y a temperatura ambiente el dioxígeno reacciona muy poco, a pesar del hecho de ser un birradical. A la adición sucesiva de electrones a la molécula de oxígeno se le conoce como reducción univalente y esto produce especies parcialmente reducidas de oxígeno. Esto contrasta con la reducción tetravalente del oxígeno catalizada por la citocromo oxidasa en donde no se producen estas especies parcialmente reducidas. Oxígeno singulete. Cuando uno de los electrones desapareados del oxígeno absorbe energía e invierte su rotación (giro), se forma el oxígeno singulete (1O2). Existen dos formas del oxígeno singulete: la sigma que es un radical libre, debido a que conserva los dos electrones desapareados en los orbitales moleculares externos (cada electrón en un orbital) como en el caso del dioxígeno, la diferencia radica en que un electrón tiene giro paralelo y otro electrón tiene giro antiparalelo, y la delta (?) , la cual también posee dos electrones aunque en este caso se encuentran apareados en un solo orbital 2?*, por lo que no es un radical libre. El oxígeno singulete en su forma ? posee una energía de 37.5 Kcal, mientras que en su forma es de 22.4 kcal. La forma es muy inestable y por ello en los sistemas biológicos sólo tiene importancia el segundo. Ozono: El ozono (O3) es un gas triatómico de color azul pálido y constituye una capa protectora de la radiación solar en la atmósfera superior. El ozono es producido por la fotodisociación de la molécula de oxígeno lo que genera dos átomos de oxígeno monoatómicos, los cuales posteriormente reaccionan con el dioxígeno. Anión superóxido: La formación del radical superóxido ocurre por la reducción univalente del oxígeno, es decir, cuando el dioxígeno acepta un electrón. También puede ser generado por diversas enzimas como la xantina oxidasa, la NADPH oxidasa y la sintasa de óxido nítrico desacoplada. Peróxido de hidrógeno: El peróxido de hidrógeno se forma por la enzima enzimática de la superóxido dismutasa. Aunque no es un radical libre, tiene una gran lipofilicidad que le permite atravesar las membranas celulares y reaccionar con el anión superóxido en presencia de metales de transición, para generar el radical hidroxilo. Por esta razón se le considera un oxidante importante en las células de los organismos aerobios. Radical hidroxilo: El radical hidroxilo es considerado una de las especies oxidantes más dañinas por su vida media corta y alta reactividad, y suele actuar en los sitios cercanos a donde se produce. La formación del radical hidroxilo se puede lograrse fácilmente por la reacción de Haber-Weiss entre el anión superóxido y el peróxido de hidrógeno catalizada por un metal de transición. Formación del peroxinitrito: El peroxinitrito es una especie formada por la reacción entre el anión superóxido (O2*&ndash,) y el óxido nítrico (NO*). El O2*&ndash, puede ser producido por enzimas como la NADPH oxidasa, óxido nítrico sintasa (NOS), xantina oxidasa (XO), lipooxigenasa (LOX), P450 oxidasa y citocromo b5 y por vías no enzimáticas en diversos sitios celulares por la reducción incompleta del oxígeno molecular cuando se adiciona 1 electrón. Por otra parte, el NO* es sintetizado por la óxido nítrico sintasa a partir de Larginina, O2 y NADPH. Ácido hipocloroso: Las peroxidasas son un grupo de enzimas que remueven el peróxido de hidrógeno para oxidar a otro sustrato. Una peroxidasa, en este caso, la mielo-peroxidasa (MPO), presente en altas concentraciones en los gránulos de los neutrófilos, cataliza la conversión de peróxido de hidrógeno a ácido hipocloroso. Formación de especies derivadas de nitrógeno. Además el peroxinitrito puede protonarse bajo condiciones fisiológicas para formar el ácido peroxinitroso (ONOOH) y este a su vez puede descomponerse en radical hidroxilo y radical dióxido de nitrógeno. Estas moléculas químicamente derivadas del nitrógeno se conocen como especies reactivas de nitrógeno (ERN&rsquo,s). Entre las ERN&rsquo,s se encuentran los radicales óxido nítrico y dióxido de nitrógeno (NO2?) y los no radicales como el ácido nitroso (HNO2), catión nitronio (NO2+), catión nitroxilo (NO+), anión nitroxilo (NO&ndash,), tetraóxido de dinitrógeno (N2O4), trióxido de dinitrógeno (N2O3), ONOOH y alquilperoxinitritos (RONOO) y peroxinitrito (ONOO&ndash,). Por otra parte, el peroxinitrito en presencia de dióxido de carbono (CO2) da lugar a la formación del anión nitrosoperoxicarboxilato el cual puede isomerizarse en un 65-70% a CO2 y NO3&ndash, y un 30-35% a NO2? y radical carbonato. Estrés oxidante y nitrante: Por diversas causas puede perderse el balance entre condiciones oxidantes y defensas antioxidantes. Lo anterior puede deberse a un aumento en la producción de especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno o bien, o una disminución en los sistemas antioxidantes o de reparación, o a una combinación de estos factores. A tal condición se le denomina estrés oxidante y nitrante, respectivamente. En esta situación se presentan daños de las macromoléculas por el rompimiento o modificación de su estructura, trayendo como consecuencia una alteración en la función o incluso, la muerte de la célula. El estudio del estrés oxidante y nitrante ha cobrado considerable importancia debido a las consecuencias que puede tener en la salud. De hecho, ha sido asociada al proceso de envejecimiento, a los daños ocasionados por la isquemia-reperfusión y a una amplia diversidad de estados patológicos como la enfermedad de Alzheimer, la artritis reumatoide, la hipertensión, la catarogénesis y la carcinogénesis, entre otros. También se ha observado que diversos factores ambientales, como los contaminantes en el aire y la radiación ionizante pueden favorecer el desbalance oxidante/antioxidante. Antioxidantes. Un antioxidante es cualquier sustancia que retarde, prevenga o remueva el daño oxidante a una molécula blanco. La célula cuenta con una gran variedad de antioxidantes enzimáticos como no enzimáticos. Recientemente se ha encontrado que diversos antioxidantes dietarios actúan de manera indirecta al estimular la producción de diversas proteínas con función antioxidante/citoprotectora. Justificación: Se requiere revisar los conceptos más recientes acerca del mecanismo de acción de antioxidantes en la citoprotección contra el daño por especies reactivas de oxígeno y nitrógeno. 8.
Objetivos
1. Revisar conceptos generales sobre producción de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, estrés oxidante y nitrante y antioxidantes y su mecanismo de acción así como su importancia en diferentes estados patológicos. 2. Que los estudiantes desarrollen una actitud crítica y analítica en la revisión de los artículos científicos. 3. Que los alumnos desarrollen la capacidad para buscar artículos científicos y de resumir información. 4. Que los alumnos perfeccionen su capacidad de comunicación oral.
