REVISTA MEDICINA LEGAL DE COSTA RICA Vol. 36 (1) Marzo 2019
REVISTA MEDICINA LEGAL DE COSTA RICA
ISSN 2215-5287
ESPECIES REACTIVAS DEL OXÍGENO: FORMACIÓN,
FUNCION Y ESTRÉS OXIDATIVO
REACTIVE OXYGEN SPECIES: TRAINING, FUNCTION AND
OXIDATIVE STRESS
Carlos Carvajal Carvajal
1
1
Microbiólogo, especialista en Química Clínica. Laboratorio Clínico Hospital México
Autor para correspondencia: M.Q.C. Carlos Carvajal Carvajal -- ccarvajal313@yahoo.com
Recibido: 16-8-2018 Aceptado: 01-XI-2018
Resumen
Las especies reactivas del oxígeno (ROS) son producidas como una consecuencia del metabolismo aeróbico
fisiológico normal. La cadena de transporte de electrones de la mitocondria, los peroxisomas, la NADPH
oxidasa, la óxido nítrico sintetasa desacoplada y el sistema del citocromo P450 son las fuentes más
importantes de producción de los ROS. El desbalance entre la producción de los ROS y el sistema de defensa
antioxidante en los sistemas vivos ocasiona una ruptura de la función celular y daño. Este desbalance ocurre
por una sobreproducción de ROS y una reducción del mecanismo de defensa antioxidante. Las acciones
protectoras contra los ROS son llevadas a cabo por varias enzimas (superóxido dismutasa, catalasa y
glutatión peroxidasa) y también por compuestos no enzimáticos (vitamina E, ascorbato, glutatión,
transferrina, ceruloplasmina, etc.). Los ROS son moduladores cruciales de las funciones celulares. A bajas
concentraciones, los ROS son participantes esenciales en la señalización celular, la inducción de la respuesta
mitogénica, la defensa contra agentes infecciosos, mientras que el exceso de los ROS puede alterar la
función celular normal y promover el daño irreversible a lípidos, ácidos nucleicos y a proteínas celulares.
Los ROS, especialmente el H2O2, sirven como moléculas mensajeras por medio de la modificación
oxidativa de proteínas de señalización. Entonces, un balance entre la producción de los ROS y su remoción
permite una función celular normal, mientras que un desequilibrio causa estrés oxidativo con consecuencias
patológicas.
Palabras claves
Estrés oxidativo, antioxidantes, especies reactivas del oxígeno, control redox, radicales libres.
Abstract
Reactive oxigen species (ROS) are produced as the consequence of the normal aerobic physiological
metabolism. The electron transport chain in mitochondrial, peroxisomes, NADPH oxidases, uncoupled
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nitric oxide synthase (NOS) and cytochrome P450 system are the most important sources of ROS
production.
The imbalance of the ROS production and antioxidants defense system in the living systems causes
oxidative stress brings to cellular function disruption and damage. This imbalance occurs due to over
production of ROS and reduction of the antioxidant defense mechanism. Protective actions against ROS are
performed by several enzymes (superoxide dismutase, catalase and glutation peroxidase) as well as
nonenzimatic compounds (vitamin E, ascorbate, glutathione, transferrin, ceruloplasmin, etc). ROS are
crucial modulators of cellular functions. At low concentrations, ROS are essential participants in cell
signaling, induction of mitogenic response, involvement in defense against infectious agents, whereas
excess ROS can disrupt normal cellular function and promote irreversible damage to cellular lipids, nucleic
acids, and proteins. ROS, especially H
2
O
2,
serve as a signal molecule through oxidative modification of
signaling proteins. Thus, a balance between ROS production and their removal allows for normal cellular
function, whereas an imbalance causes oxidative stress with pathological consequences.
Key words
Oxidative stress, antioxidants, reactive oxygen species, redox control, free radicals.
INTRODUCCIÓN
Los organismos vivos se desarrollan en
condiciones aeróbicas y están expuestos a
diversos agentes oxidantes generados
intencionalmente o como subproductos. En
general, estos oxidantes son de dos tipos: las
especies reactivas del oxígeno y las especies
reactivas del nitrógeno. Ambos tipos tienen
funciones biológicas esenciales para el desarrollo
celular normal
(1)
.
No obstante, el aumento por encima del nivel
normal de estos oxidantes puede resultar en una
homeostasis deteriorada y conducir a diversas
patologías, como algunas enfermedades
neurodegenerativas, el cáncer, y la diabetes tipo
2 entre otras
(2,3)
.
El objetivo de este trabajo es desarrollar el tema
de las especies reactivas, principalmente las de
oxígeno: su generación, los sistemas que
mantienen su nivel dentro de límites fisiológicos,
su función normal y las consecuencias de un
aumento de su nivel por encima del valor normal,
condición conocida como estrés oxidativo.
ESPECIES REACTIVAS.
Los electrones dentro de los átomos ocupan
regiones llamadas orbitales. Cada orbital puede
albergar un máximo de dos electrones. Un radical
libre es una especie que contiene uno o más
electrones no apareados, es decir un electrón que
se encuentra solo en su orbital
(4)
. Debido al hecho
que los electrones son más estables cuando están
apareados en los orbitales, los radicales libres son
reactivos frente a otras especies. Los electrones no
apareados tienen una fuerte tendencia a formar
pares de electrones para llegar a una configuración
más estable. Un radical puede donar su electrón
desapareado a otra molécula, o puede robar un
electrón de otra molécula para formar un par
electrónico. No obstante, si un radical toma un
electrón de otra molécula o dona un electrón, la
otra molécula se transforma en un radical libre.
Entonces, una característica de los radicales libres
es su tendencia a causar reacciones en cadena: un
radical genera otro radical y así sucesivamente
(5)
.
Dentro de los seres vivos existen diversas
sustancias reactivas (RS, del inglés “reactive
species”) que tienen la capacidad de reaccionar
con diferentes moléculas celulares. Hay tres
clases de RS importantes a nivel celular. Ellas son
(1) las especies reactivas del oxígeno (ROS, del
inglés “reactive oxigen species”), (2) las especies
reactivas del nitrógeno (RNS, del inglés “reactive
nitrogen species”), y (3) las especies reactivas del
cloruro (Tabla 1). Una especie reactiva puede ser
un radical libre o no serlo.
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FUENTES DE ROS.
El término ROS se refiere a un grupo de moléculas
conteniendo oxígeno con diferente reactividad
química. Se les considera como metabolitos del
oxígeno parcialmente reducidos que poseen una
fuerte capacidad oxidante, aunque dicha
capacidad varía entre las diferentes especies
(6)
.
Los ROS incluyen especies radicales y no
radicales.
Del mismo modo, el término RNS se refiere a un
grupo de moléculas conteniendo nitrógeno con
diferente reactividad química
(7)
.
En la tabla 1 se presenta una lista de ROS y RNS
de importancia biológica. Los ROS son generados
en varios sistemas celulares localizados en la
membrana plasmática, el citosol, el retículo
endoplásmico y la mitocondria.
Tabla 1: Principales especies reactivas del
oxígeno y del nitrógeno.
Fuente: 4. Phaniendra, A. Jestadi, D. B. & Periyasamy, L. (2015). Free
radicals: properties, sources, targets, and their implications in various
diseases. Ind J Clin Biochem, 30(1), 11-26., 26. Biswas, S. K. (2016). Does
the interdependence between oxidative stress and inflammation explain the
antioxidant paradox? Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2016, 1-
9
Mitocondria. La mayoría de los ROS es generada
a nivel mitocondrial. Los radicales superóxido,
O
2
. –-
, son producidos en los complejos I y III de
la cadena de transporte electrónico, mediante una
transferencia de electrones al oxígeno molecular
(8)
. El O
2
. –-
es el principal ROS producido y da
origen a los demás ROS de importancia biológica:
peróxido de hidrógeno, radical hidroxilo, radical
peroxilo y el oxígeno singulete o individual
(4)
.
En condiciones normales hasta el 2% de los
electrones son desviados de la cadena de
transporte electrónico y forman O
2
. –- (9,10)
.
O2 + e
_
O
2
. –-
(radical superóxido)
Bajo condiciones basales el superóxido y el
peróxido de hidrógeno constituyen la mayoría de
los ROS producidos dentro de la célula. En
ausencia de mecanismos antioxidantes eficientes,
la actividad mitocondrial llevaría a un aumento de
la concentración del superóxido por encima del
umbral, comprometiendo la sobrevivencia celular
(11)
.
Retículo endoplásmico. En esta organela se
producen ROS a través de una cadena de
transporte electrónico cuya función es el
metabolismo de los xenobióticos y la introducción
de dobles enlaces en los ácidos grasos. Este
sistema está constituido por un grupo de
citocromos conocidos colectivamente como
citocromo P450 y las enzimas b5
(10)
.
NADPH oxidasas. Varias enzimas dentro de la
célula producen ROS. Particularmente, la familia
de las NADPH oxidasas (NOX) es considerada
como una fuente importante de ROS.
A nivel de la vasculatura se considera que esta
enzima es la fuente primaria de ROS,
particularmente de superóxido
(12)
. Además, la
NOX se considera un sistema enzimático
responsable de la producción de ROS en
enfermedades como la hipertensión, la
aterosclerosis y la diabetes tipo 1 y 2
(13)
.
La NOX es un complejo enzimático unido a la
membrana que transfiere electrones del NADPH
al oxígeno. Posee una estructura heterodimérica
que comprende una subunidad catalítica, NOX,
que tiene cinco isoformas conocidas (NOX1-5).
Estas difieren en su distribución tisular y en la
cinética de formación de los ROS
(9,13)
.
Xantina oxidasa. Es una enzima citosólica que
cataliza la oxidación de la hipoxantina a xantina y
ácido úrico. La enzima existe en dos formas:
xantina deshidrogenasa (XHD) y xantina oxidasa
Espe cies reactivas del oxígeno
(ROS)
Radicales
Superóxido:
O
2
.
–-
Radical alcoxilo:
RO
.
Hidroxilo:
.
OH
Radical peroxilo:
ROO
.
No radicales
Peróxido de hidrógeno:
H
2
O
2
Ozono:
O
3
oxígeno singulete:
1
O
2
Peróxido orgánico:
ROOH
Acido hipocloroso:
HOCl
Ácido hipobromoso:
HOBr
Espe cies reactivas del nitrógeno
(RNS)
Radicales
Óxido nítrico:
NO
.
Dióxido de nitrógeno:
NO
2
.
No radicales
Peroxinitrito
ONOO
¯
Catión nitrosilo:
NO
+
Trióxido de dinitrógeno
N
2
O
3
Anión nitroxilo:
NO¯
Tetraóxido de dinitrógeno
N
2
O
4
Ácido peroxinitroso:
ONOOH
Ácido nitroso
HNO
2
Peroxinitritos alquilicos:
ROONO
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(XO). La forma XO es la principal forma
productora de superóxido. La actividad de la XO
está aumentada en los desórdenes inflamatorios de
las vías aéreas, el daño isquémico por reperfusión,
la aterosclerosis, la diabetes y en desórdenes
autoinmunes
(6)
.
Óxido nítrico sintetasa (NOS). Es una familia de
enzimas llamadas óxido nítrico sintetasa (NOS,
del inglés “nitric oxide synthases”) que generan
óxido nítrico a partir de L-arginina, NADPH y O
2
.
La familia está integrada por varios miembros:
NOS neuronal (nNOS), NOS endotelial (eNOS) y
la NOS inducible (iNOS), todas ellas se localizan
en el citosol. La forma eNOS es la fuente
primordial de óxido nítrico (NO) en las células
endoteliales vasculares
(14)
.
En contraste a estas tres enzimas, la NOS
mitocondrial (mtNOS) es una isoforma localizada
en la mitocondria. Su localización en dicha
organela asegura la formación de ONOO-, a partir
de la presencia de NO y de O
2
. –-
a nivel
mitocondrial
(3)
.
Esta enzima puede producir superóxido cuando se
desacopla y este radical libre a su vez se combina
con NO
.
originado peroxinitrito (ONOO
¯
).
O
2
. –-
+ NO
.
ONOO
¯
El desacoplamiento de la NOS ocurre cuando
existe un faltante relativo de cualquiera de las
sustancias implicadas en la reacción: el sustrato
arginina o los cofactores tetrahidrobiopterina
(BH
4
) o NADPH. En estas condiciones la enzima
produce superóxido y se genera, posteriormente,
más peroxinitrito. A su vez el peroxinitrito oxida
al cofactor BH
4
manteniendo o acentuando el
desacoplamiento de la enzima y favoreciendo la
producción de más ROS y RNS
(15-17)
.
El cofactor BH
4
tiene un papel crucial en el
mantenimiento de la integridad de la eNOS,
estabilizando los dímeros de la enzima y la
deficiencia de este cofactor ocasiona la
transferencia de un electrón al oxígeno, dando
origen al superóxido
(6)
.
También se mencionan fuentes exógenas de ROS:
el alcohol, los metales pesados (hierro, cobre,
cobalto y cromo), solventes industriales, la luz
ultravioleta, el humo del tabaco, la polución del
aire y ciertas drogas (paracetamol y doxorubicin,
entre otras)
(4, 8)
.
SISTEMAS ANTIOXIDANTES.
Debido a la necesidad de mantener los ROS y los
RNS dentro de niveles compatibles con la función
celular normal, los organismos han desarrollado
mecanismos antioxidantes. Estos mecanismos son
de dos tipos, enzimáticos y no enzimáticos.
Dentro de los mecanismos no enzimáticos se
incluyen antioxidantes de bajo peso molecular
como las vitaminas E y C, la bilirrubina, la
biliverdina, el ácido úrico, el ácido ascórbico, el
glutatión y los flavonoides
(11,18)
. El ácido úrico se
considera como un antioxidante extracelular. Los
flavonoides detienen la oxidación de los lípidos y
de otras moléculas por la donación de átomos de
hidrógeno a los radicales, dejando radicales
fenoxi intermediarios. Estos radicales son
relativamente estables y no pueden iniciar
reacciones de radicales en cadena
(3)
. El glutatión
(GSH) es un antioxidante abundante en el citosol,
la mitocondria y el núcleo. Es sintetizado a partir
de los aminoácidos glicina, cisteína y glutamato
(19)
.También puede citarse a la proteína ferritina,
encargada de secuestrar el hierro intracelular
(20)
.
Dentro de los oxidantes enzimáticos se incluye la
enzima superóxido dismutasa (SOD, del inglés
“superoxide dismutase”), que convierte el anión
superóxido en peróxido de hidrógeno, H
2
O
2
.
O
2
. –-
+ O
2
. –-
+ 2H
+
H
2
O
2
+ O
2
En presencia de Fe
2+
el H
2
O
2
es parcialmente
reducido a
.
OH (radical hidroxilo) por la reacción
de Fenton
(21)
.
iones de hierro o cobre
O
2
. –-
+ H
2
O
2
.
OH + OH
_
+
O
2
(reacción de Fenton).
Este último radical es extremadamente reactivo y
puede atacar los lípidos de la membrana, las
proteínas y el ADN
(4)
. Entonces la remoción de
H
2
O
2
y de O
2
. –-
se vuelve necesaria y
beneficiosa.
Hay tres tipos de SOD: CuZnSOD (SOD1),
presente en el citoplasma, en el núcleo y en los
microsomas; MnSOD (SOD2), localizada en la
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matriz mitocondrial y la ECSOD (SOD3)
localizada extracelularmente
(22)
.
La SOD trabaja en conjunto con otras enzimas que
remueven el peróxido de hidrógeno en las células
humanas: la catalasa (CAT), la glutatión
peroxidasa (GPx) y la peroxiredoxina (Prx).
La catalasa es una enzima tetramérica,
dependiente del grupo hemo, que reduce el
peróxido de hidrógeno a agua y oxígeno y que
requiere de la presencia de NADPH para llevar a
cabo su función
(23)
.
La glutatión peroxidasa (Gpx) es una familia de
enzimas que requieren del selenio para su
actividad. Esta enzima reduce el peróxido de
hidrógeno y los peróxidos orgánicos (ROOH) a
agua o alcohol (ROH), respectivamente,
utilizando glutatión reducido
(3)
. La Gpx se
localiza en el citoplasma y en la mitocondria. El
glutatión oxidado debe ser regenerado para poder
continuar funcionando y lo hace a través de la
enzima glutatión reductasa
(24)
.
2GSH + H
2
O
2
GSSG + 2H
2
O
La expresión de las tres principales clases de
enzimas antioxidantes (SOD, CAT y Gpx) se
eleva de una forma dependiente del nivel de los
ROS. En la literatura se cita que dos reguladores
principales de la respuesta celular al estrés
oxidativo, los factores de transcripción NF-
k
B y
AP-1, pueden unirse a sitios específicos en la
región promotora de los genes de SOD2, Gpx y
CAT en las células de músculo esquelético y
estimular la producción de estas enzimas
(23)
.
Las peroxiredoxinas comprenden una familia de
enzimas que catalizan el metabolismo reductivo
del peróxido de hidrógeno o los peróxidos
lipídicos. Teóricamente las Prx son menos
eficientes que la catalasa reduciendo al peróxido
de hidrógeno
(25)
.
Las tioredoxinas son otra clase de enzimas
antioxidantes que reaccionan directamente con los
peróxidos
(15)
.
También se citan a las proteínas transferrina,
ceruloplasmina y albúmina cuyo papel sería
quelar o secuestrar extracelularmente iones
metálicos, como el hierro o el cobre, evitando la
producción del radical hidroxilo altamente tóxico
por la reacción de Fenton
(26)
.
Muchos metales de transición tienen varias
valencias y los cambios de valencia los hace
aceptar o donar electrones individuales. Esta
característica hace a los iones metálicos muy
buenos promotores de las reacciones con radicales
libres
(5)
.
Fe
3+
+ e
_
Fe
2+
Cu
2+
+ e
_
Cu
+
Entonces, los iones de cobre y de hierro pueden
convertir O
2
. –-
y H
2
O
2
en el radical altamente
nocivo
.
OH.
El investigador Halliwell indica que este radical
reacciona tan rápido con las biomoléculas que
ningún antioxidante a concentraciones
fisiológicas es capaz de competir con las
biomoléculas por el
.
OH generado. En vista de lo
anterior la mejor estrategia para minimizar el daño
causado por el
.
OH es remover el H
2
O
2
ó
secuestrar los metales de transición necesarios
para la producción de
.
OH por la reacción de
Fenton
(21)
. A ambas estrategias recurren las
células.
FUNCIÓN DE LAS ROS/RNS.
Los RS y especialmente los ROS son moléculas
mensajeras que regulan una amplia variedad de
procesos fisiológicos celulares incluyendo la
proliferación, la diferenciación y la apoptosis
(7,10)
.
Además, el NO tiene efectos antioxidantes,
antiinflamatorios, de antiagregación plaquetaria,
antiproliferativos de las células de músculo liso
vasculares, de inhibición de la migración de
dichas células y es antiapoptótico
(27-29)
. Una de
sus acciones antiinflamatorias más conocidas es
reducir la expresión de varios mediadores
inflamatorios y de moléculas de adhesión en la
superficie de la célula endotelial
(30)
.
Otra función muy conocida de los ROS es la
defensa inmune contra agentes biológicos
externos por medio del proceso inflamatorio
(6)
.
Dos grupos de investigadores dan cuenta del papel
jugado por los ROS/RNS en la regulación del
metabolismo de la glucosa, induciendo un
incremento en la captación de glucosa por parte de
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los adipocitos y de las células de músculo
esquelético. En este caso se da una traslocación a
la membrana del transportador de glucosa tipo 4
(GLUT4) y un incremento consecuente en la
captación intracelular de glucosa
(31,32)
. También a
nivel de músculo esquelético los ROS participan
en la diferenciación miogénica y en la
regeneración del tejido muscular lesionado
(23)
.
Mientras muchos ROS, tal como el
.
OH pueden
causar daño irreversible a las macromoléculas, el
blanco principal de un oxidante menos reactivo,
tal como el H
2
O
2
,
es el grupo tiol, o sulfhidrilo, de
los residuos de cisteína presentes en muchas
proteínas. Estas modificaciones causan cambios
en la estructura y/o función de la proteína que
alberga el grupo tiol modificado
(10)
. Estas
modificaciones pueden también alterar el destino
subcelular de la proteína y modificar las
interacciones proteína-proteína. De esta manera
dichas modificaciones alteran la actividad de la
proteína en cuestión.
Proteínas sensibles al estado redox, como las
proteín fosfatasas de tirosina, tienen una cisteína
reactiva en su sitio activo. Entonces, la oxidación
reversible de esta cisteína inactivaría a la fosfatasa
correspondiente, permitiendo la propagación de la
señal del receptor tirosín quinasa mediada por la
fosforilación de diferentes proteínas
(11)
.
Chiarugi y colegas citan que las modificaciones
proteicas dependientes del estado redox modulan
los eventos tempranos de la transducción celular
relacionados con el crecimiento y la muerte
celular. Uno de los efectos de estas señales redox
puede ser la inactivación de fosfatasas de tirosina,
por medio de la oxidación de grupos sulfhidrilo
críticos. La inactivación dependiente de H
2
O
2
de
las fosfatasas ocasionaría un cambio en el
equilibrio hacia la fosforilación de proteínas
(33)
.
Li y colaboradores citan la inactivación de la
proteín fosfatasa 2A (PP2) en un residuo de
cisteína por parte del peróxido de hidrógeno. La
inactivación de PP2, que en su forma activa
desfosforila la proteína Akt y bloquea la vía
PI3K/Akt, activa la vía Akt y facilita la
sobrevivencia celular. También la vía ERK es
activada por una inhibición directa de las
fosfatasas MAPK por los radicales hidroxilo
(3)
.
En las células de mamíferos una variedad de
estímulos inducen un incremento transitorio en los
niveles de ROS y la inhibición específica de la
generación de los mismos causa un bloqueo
completo de la señalización o de la
internalización de la señal dependiente de
estímulo
(34)
.
Los ROS son visualizados como reguladores
fisiológicos de vías o cascadas de señalización
intracelulares activadas por factores de
crecimiento por medio de sus receptores tirosín-
quinasa
(33)
. Los cambios temporales en el estado
redox de la célula alteran vías de señalización,
como la vía de las MAPKs y la de SIRT1. Estas
vías regulan factores de transcripción nuclear
como AP-1, que induce respuestas mitogénicas, y
como NF-
k
B que induce respuestas inflamatorias
(1,19)
.
Entonces los ROS causarían una modificación e
inactivación oxidativa temporal de las fosfatasas,
prolongando la acción de las proteín quinasas
celulares. La disminución de los ROS atenuaría la
inactivación oxidativa de estas fosfatasas
suprimiendo las vías de señalización mediadas por
las quinasas mencionadas
(25)
.
Dentro de las diferentes especies de ROS que
podrían actuar como segundos mensajeros el
H
2
O
2
tiene la ventaja de su mayor estabilidad y por
ende de una vida media más prolongada. Además,
la carencia de cargas le permite pasar libremente
a través de las membranas celulares
(31)
. No
obstante, en exceso el peróxido de hidrógeno
puede sobreoxidar los grupos tiol de las proteínas,
reaccionar con metales libres formando
.
OH,
causar peroxidación lipídica y contribuir al estrés
oxidativo celular
(25)
.
ESTRÉS OXIDATIVO Y DAÑO
OXIDATIVO.
Las diferentes especies reactivas (ROS, RNS)
pueden originar un estado conocido como estrés
oxidativo, aunque normalmente cuando se habla
de este estado se refiere básicamente a los ROS.
El estrés oxidativo es definido
convencionalmente como un desbalance entre la
generación de especies reactivas y la defensa
antioxidante, encargada de la remoción de dichas
especies
(35)
. En el EO el desbalance se da a favor
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97
de un aumento significativo en la concentración
de las sustancias o especies oxidantes reactivas.
Schmidt y colegas indican que es también
necesario que el concepto de EO integre o incluya
otras características de las RS como la
localización subcelular y tisular, naturaleza
química, cinética de formación y de degradación
y tiempo de exposición
(7)
.
Bajo condiciones normales los seres vivos
mantienen un nivel basal de sustancias oxidantes.
La homeostasis se debe a un balance o ajuste entre
los mecanismos generadores de las especies
reactivas y los sistemas de eliminación de las
mismas. En el nivel basal se encuentra un cierto
nivel de ROS y de moléculas modificadas por
estas especies reactivas
A bajas concentraciones los ROS juegan un papel
importante como mediadores de procesos de
señalización intracelular, pero cuando su
concentración se incrementa se vuelven nocivos.
Entonces, la concentración de las especies
reactivas determina su “estado”: tóxica o
beneficiosa
(10)
. Este estado de aumento
significativo de las especies reactivas por encima
de su nivel basal se conoce como estrés oxidativo.
Otra definición, citada por Lushchak, incluye el
efecto nocivo de los ROS: el estrés oxidativo es
una situación donde la concentración basal de
ROS es transitoria o crónicamente elevada,
alterando el metabolismo celular y su regulación
y dañando constituyentes celulares
(24)
.
El EO puede resultar de dos situaciones generales:
(1) niveles disminuidos de antioxidantes y/o (2)
producción incrementada de las especies reactivas
(11)
.
En una situación de EO las moléculas biológicas,
el ADN, las proteínas y los lípidos de la
membrana pueden resultar dañados en forma
irreversible.
Muchas RS atraviesan las membranas celular y
nuclear y oxidan biomoléculas. El ADN está
sujeto al ataque por parte de radicales hidroxilo
que genera una gran cantidad de productos
modificados en la base o en el azúcar: 8-
hidroxiadenina y 8-hidroxiguanina entre otros. El
daño oxidativo al ADN ocasiona mutaciones
génicas, inestabilidad microsatelital y afecta la
unión de los factores de transcripción. Los RNS
también pueden atacar al ADN y causar nitración
y desaminación de las purinas
(3,35)
.
Las proteínas sufren diversas modificaciones por
parte de los ROS/RNS y representan casi el 70%
de los blancos de estas especies reactivas
(36)
. Los
ROS ocasionan modificaciones oxidativas tales
como la oxidación de la metionina y la cisteína,
derivados hidróxidos y carbonilos de la oxidación
de las cadenas laterales de ciertos aminoácidos
(lisina, arginina, prolina, treonina, cisteína e
histidina). Los aminoácidos cisteína y metionina
son particularmente propensos al ataque oxidativo
de casi todos los ROS. Los RNS inducen nitración
de las proteínas, tal como la 3- nitrotirosina
(2)
. El
daño oxidativo de las proteínas es irreversible e
irreparable y las proteínas dañadas pueden activar
proteosomas para la degradación de las proteínas
oxidadas
(37)
.
Los lípidos de membrana, especialmente los
ácidos grasos poliinsaturados, son más
susceptibles a la oxidación por radicales libres. La
peroxidación lipídica ocasiona una pérdida de la
fluidez de la membrana. La peroxidación lipídica
es iniciada, cuando un radical libre toma un
hidrógeno de un grupo CH
2
en un ácido graso y
origina un radical lipídico. Este radical puede
reaccionar con el oxígeno molecular formando un
radical peroxilo lipídico (LOO
.
). Este último
radical sufre rearreglos originando
endoperóxidos, que llevan finalmente a la
formación de malondialdehido (MDA) y 4
hidroxil-nonenal (4-HNA), los productos finales
tóxicos de la peroxidación lipídica que causan
daño al ADN y a las proteínas
(4,5,9)
.
También se producen derivados oxigenados del
colesterol llamados oxisteroles generados a partir
de reacciones involucrando los ROS/RNS. Estos
compuestos han sido ligados a necrosis,
aterosclerosis, inflamación e inmunosupresión
(2)
.
El daño oxidativo por ROS/RNS ha sido
implicado en numerosas patologías: hepatitis
crónica
(38)
, hipertensión
(12,39)
, resistencia a la
insulina y diabetes tipo 2 (1, 8), enfermedades
neurodegenerativas
(3,40-42)
y en la progresión del
envejecimiento
(15,36, 43)
.
CONCLUSIONES.
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Existe un nivel óptimo de ROS/RNS dentro del
organismo, pues dichas especies llevan a cabo
diversas funciones necesarias para la célula.
Para mantener un balance adecuado de las
especies reactivas hay un equilibrio entre los
sistemas formadores de dichas especies y los
sistemas protectores o destructores de las mismas.
Los ROS/RNS llevan a cabo muchas de sus
funciones modificando reversiblemente proteínas
de diversa índole, especialmente en el grupo
sulfhidrilo del aminoácido cisteína.
El estado de estrés oxidativo sobreviene cuando el
nivel de ROS/RNS se incrementa por encima del
nivel idóneo.
En el EO hay una modificación nociva de las
moléculas biológicas: proteínas, ADN y lípidos de
membrana.
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