estres oxidativo (ros y rns)
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7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
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RADICALES LIBRES, ESTRSOXIDATIVO Y XIDO NTRICO
- 2011 -
Marco A. Galleguillos Caamao, B.Q. Mg en B.Q.
Fac. Cs. Veterinarias y Pecuarias
Universidad de Chile
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Perspectiva histrica de los Radicales Libres
-En 1954 se habl por primera vez de la presencia de RL en unmaterial biolgico. (Commoner et al. 1954, Nature 174:689).
-En 1956 Denhan Harman plante que los RL del O2pueden serformados por reacciones enzimticas in vivo. ( Harman, 1956, JGerontol 11:298)
-En 1969 se descubri la SOD (Mc Cord and Fridovich, 1969, J Biol.Chem. 244:6049)
-En 1977 Mittal y Murad descubrieron que el O2-., a travs de su
derivado, el OH. , estimula la guanilato ciclasa (Proc. Natl Acad Sci
USA 74:4360. 1977)
-En 1987 se descubri que el NO provocaba la relajacin de lamusculatura lisa a travs de un mecanismo dependiente de GMPcclico.
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Rebeca Gerschman(1903-1986)
En 1954 publica en Scienceun
artculo en el que postul que el
efecto txico del O2tiene un
mecanismo comn con el efecto de laradiacin ionizante (rayos X) sobre
los tejidos.
La existencia de radicales libres es
confirmada por varios autores y
relacionada con el proceso de
envejecimiento:
Harman 1956
Halliwell 1991
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La teora de Gerschman no fue aceptada en el
momento de su formulacin
Los RL fueron considerados demasiado txicos para existir en lossistemas biolgicos en condiciones fisiolgicas, teniendo en cuenta sualta reactividad qumica sin especificidad.
El oxgeno era conocido como un oxidante y la radiacin era reconocidacomo un reductor. Un mecanismo comn para ambos era impensable (ladismutacin no estaba considerada).
No haba una consideracin del papel de las mujeres en la ciencia(similar al caso de Rosalind Franklin, como describi F. Crick en Thedouble helix).
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Presiones elevadas de oxgeno (hiperoxia) son txicas para los animales.
20 100 1000pO
2(kPa)
Supervivencia delos ratones
0,2 atm 18 semanas1 atm 33 horas10 atm 30 minutos
106
104
102Supervivencia
(min)
Datos de Gerschman
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La teora de Gerschman(Gerschman - Gilbert 1954 - 1966)
Los radicales libres de oxgeno son elmecanismo molecular comn para el oxgeno yla radiacin ionizante.
Un aumento en la presin de oxgeno o unadisminucin de la defensa antioxidanteconducen a un dao celular.
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Radilisis de molculas biolgicamenteesenciales (efecto directo)
AH + Energa AH++ e-
Radilisis del agua (efecto indirecto; 3490kJ/mol, potencial de ionizacin agua lquida)
H2O + Energa H2O+ + e-
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H2O + E ionizante H2O+ + e-
e- + n H2O eaq
H2O+ H+ + HO
H2O+ + H2O H3O+ + HO
e- + O2 O2. (efecto oxgeno)
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Efecto Bert
En 1878 Paul Bert observ el efecto queproduce en un animal un ambiente hiperxico.
Este efecto sugiere la toxicidad del O2particularmente para el SNC
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Por qu el SNC es ms afectado por la hiperoxia?
- Mayor consumo de oxgeno
- Mayor contenido de c. grasos insaturados
- Menor capacidad antioxidante
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En condiciones de reposo el cerebro de unser humano adulto (170 cm, 70 Kg, 20
aos) consume alrededor del 20 % del totalde O2(3 L/h de 15 L/h) incorporado alorganismo.
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El cerebro representa el 2 % del peso
corporal
http://asymptotia.com/wp-images/2007/08/homer-simpson-wallpaper-brain-1024.jpg -
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Reactive Oxygen SpeciesROS
Anin superxido O2.-
Perxido de hidrgeno H2O2
Radical hidroxilo HO.
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Reaccin de Fenton
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Especies no radicales con potencial contribucin alestrs oxidativo
Roland Stocker and John F. Keaney, Jr.Role of Oxidative Modifications in Atherosclerosis Physiol Rev, Oct 2004; 84: 1381 - 1478.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdf -
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Radicales libres en sistemas biolgicos
Roland Stocker and John F. Keaney, Jr.Role of Oxidative Modifications in Atherosclerosis
Physiol Rev, Oct 2004; 84: 1381 - 1478.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/Physiol%20Rev%202004%20ROS%20atherosclerosis.pdf -
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Fuentes Celulares de ROS
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Molculas blanco de las ROS
Lpidos: lipoperoxidacin de c. grasos poliinsaturados
DNA: modif. de bases, azcar, ruptura de hebra y
cross-links. Esta mutagnesis contribuye enf. comocncer, enfermedades degenerativas.
Protenas: GruposSH, reacciones con aldehdos,
entrecruzamiento entre protenas y fragmentacin.Carbonilacin de protenas (Lys, Arg, prolinas ytreoninas)
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Malondialdehdo: marcador de lipoperoxidacin
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Marcador de dao al DNA por ROS:
Se ha encontrado elevado en cancer de mama(M.Y. Wang, K. Dhingra, W.N. Hittelman, J.G. Liehr, M. deAndrade, D.H.Li, Lipid peroxidation-induced putative malondialdehydeDNAadducts inhuman breast tissues, Cancer Epidemiol. Biomark. Prev. 5 (1996) 705710.)
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Carbonilacin de Protenas
MCO: MetalCatalyzed Oxidative
M difi i d d l l d i i id
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Modificacin de cadenas laterales de varios aminocidos
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MDA
MDA puede reaccionar con residuos de lisina
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La oxidacin de protenas por ROS:
Ruptura de enlaces peptdicos Modificacin oxidativa de residuos de ac. Conversin de algunos ac. a derivados carbonlicos Entrecruzamiento anormal protena-protena
Proteolisis
Recambio
Acumulacin
Patologa
Dimerizacin de protenas (P)
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Dimerizacin de protenas (P)
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4-hidroxi-2-nonenal
PUFA: c. graso poliinsaturado
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MDA
Dimerizacin de protenas (P) por malondialdehdo (MDA)
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Qu es el ESTRS OXIDATIVO?
Desequilibrio entre oxidantes y antioxidantes a favor
de los oxidantes, conduciendo a un potencial dao
A i id l l
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Antioxidantes celulares
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Qu situaciones fisiolgicas pueden
provocar un aumento en la generacinde ROS?
HipoxiaInflamacinHiperglicemia sostenidaIsquemia-ReperfusinEnvejecimiento
Hipoxia e Hiperoxia generan ROS
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Hipoxia e Hiperoxia generanROS
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C. elegans
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Relacin entre longevidad y ROS
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sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5
Fig. 3: Delaying death. Caenorhabditis elegans that were fed a
synthetic compound (EUK-134) that inactivates both superoxideanion and hydrogen peroxide lived longer than worms that werenot given the dietary supplement. The effect on life-span dependedon concentration of the antioxidant, with the worms that consumedlarger amounts of the antioxidant living longer than those that ateless of it.
Relacin entre longevidad y ROS
Arch Ref pdf
http://sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/O2%20bueno%20y%20malo%202001.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/O2%20bueno%20y%20malo%202001.pdfhttp://sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5http://sageke.sciencemag.org/cgi/content/full/sageke;2001/1/oa5 -
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Incremento en la expresin de ciertos genes aument el promedio de vida en D. melanogaster
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/teorias%20de%20aging%202005.pdf -
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Principales vas de produccin y degradacin deEROS
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Vitamina C
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La mitocondria es la principal fuente de ROS en las clulas
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Se produce una mayor probabilidadde producir EROS si hay un excesode aporte de electrones a la CTE y
un bajo consumo a nivel de lacitocromo c oxidasa.
EFECTO DE LAHIPERGLICEMIA POST-
ABSORTIVA?
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Wulf DrgePhysiol Rev 82:47-95, 2002.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdf -
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Wulf Drge
Physiol Rev 82:47-95, 2002.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Wulf%20Dr%C3%B6ge%202002.pdf -
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Funciones fisiolgicas de los RL:
-Regulacin del tono vascular
- Sensor de oxgeno y regulacin de las funciones de la [O2]
- Reforzamiento de la sealizacin de varios receptores demembrana (Rec EFG, Rec Insulina).
- Sistemas de respuesta frente al estrs oxidativo
Diferentes estmulos generan ROS
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g
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Reactive Oxygen SpeciesROS
En PubMed
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Tiorredoxina
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Tiorredoxina
A.- La Trx-1 se derivatiza con
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A. La Trx 1 se derivatiza concarboximetilos en presencia de c.yodoactico . En un gel nativomigra ms la Trx con mayor carga
negativa.
B.- La Trx-2 es exclusiva demitocondria y la forma reducida se
derivatiza con AMS (c.4-acetamido-4-maleimidilestilben-2,2- disulfonico)
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XIDO NTRICO(NO)
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CARACTERSTICAS DEL XIDO NTRICO
Es un gas radical libre ( N=O )
Tiene una vida media de 2 a 6 segundos en un
medio biolgico
Se descompone rpidamente a NO2- y NO3-.
Tiene afinidad por los grupos Hemo. (Ej:
Hemoglobina, citocromos, guanilato ciclasa, la
propia NOS)
Puede interaccionar con radicales libres derivados
del oxgeno produciendo sustancias txicas.
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http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/622926/description#description
Los motores de combustin interna generan NO
http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/622926/descriptionhttp://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/622926/description -
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g
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EFECTOS DEL NO
EFECTOS DIRECTOS
EFECTOS INDIRECTOS
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NO
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NO
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NO
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Ref Internet
http://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIThttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Peroxynitrite%20Disease%202007.pdfhttp://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIT -
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Ref Internet
http://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIThttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/REF%20pdf%20ROS/rev%20Peroxynitrite%20Disease%202007.pdfhttp://physrev.physiology.org/cgi/reprint/87/1/315?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=ROS+NOS&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIT -
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EL XIDO NTRICO ES SINTETIZADO APARTIR DE LA ARGININA
REACCIN DE
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Arginina Hidroxiarginina
Citrulina
OH
NADPH H++ NADP+
BH4
O O H2O
++
COO-
NH2
NH2
H
H3NN +
OO
H2O1/2 NADP
+
N O.
+
COO-
NH2
NH
H
H3NN
+
COO-
NH2
O
H
H3NN
1/2 (NADPH + H )+
REACCIN DESNTESIS DEL NO
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NOS I NOS II NOS III
M.M. 160 kDa 130 kDa 130 kDa
Dependencia Ca2+
-calmodulina - Ca2+
-calmodulina
Local izacin Subcelular Citosol Citosol Membrana
Otros Nombres nNOS iNOS eNOS
Expr es in gni ca Constitutiva Inducible Constitutiva
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Inhibidores de la NOS
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L-NAME
N--nitro-L-arginina metil ester
N
NH
N
NH2
C
O
OCH3
H H
O2N
Dadores de xido de ntrico
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Funciones fisiolgicas delxido ntrico
TonoVascularAdhesin CelularPermeabilidad Vascular
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Protectores
AntioxidantesInhibicin de Adhesin deLeucocitos
Proteccin de las clulascontra dao de oxidantes
Dainos
Inhibicin de Funcin deEnzimasDao al DNA
Induccin de Peroxidacin deLipidosDisminucin de reserva deAntioxidantesIncremento de la suceptibilidada: Radiacin, AgentesAlquilantes y Metales Txicos
Regulatorios
Inhibicin de AdhesinPlaquetaria
NO
MacrfagoClula endotelial
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
103/115
Ca2+ [Ca2+]
eNOSNO
Arg
Ach
ARNm iNOS
iNOS
Arg
NO
Citoquinas
Glu
Ca2+
[Ca2+]nNOS NO
ArgininaDendrita neuronal
Clula glialTerminal neuronal pre-sinptico
Endotelio vascular
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
104/115
Clula endotelial
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
105/115
Relajacin delmsculo liso
Ca2+[Ca
2+
]
eNOS
Arg
NO
Ach
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
106/115
http://content.onlinejacc.org/content/vol43/12_Suppl_S/images/large/s68.04004401.gr1.jpeg -
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
107/115
http://content.onlinejacc.org/content/vol43/12_Suppl_S/images/large/s68.04004401.gr1.jpeg -
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
108/115
Regulacin de la produccin de NO
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
109/115
Regulacin de la produccin de NO
Transcripcin
Traduccin
Control postraduccional (modificacin covalente)Control por inhibidores (ej. metil arginina)
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
110/115
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
111/115
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
112/115
Glu
Ca2+
[Ca2+]
nNOS NO
ArgininaDendrita neuronal
Clula glialTerminal neuronal pre-sinptico
dominio
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
113/115
PDZ
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
114/115
Macrfago
-
7/26/2019 Estres Oxidativo (ROS y RNS)
115/115
ARNm iNOS
iNOS
Arg
NO
Citoquinas
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