TEMA 21 1
TEMA 21. Toxicidad del oxígeno y radicales libres.
Especies reactivas de oxígeno (ROS). Oxígeno y generación de ROS.
Características de las ROS. Fuentes celulares de ROS. Reacciones con componentes celulares. Oxido nítrico y especies reactivas nitrógeno-
oxígeno (RNOS). Papel en los procesos inflamatorios. Defensas
celulares contra las ROS. Enzimas antioxidantes. Antioxidantes no
enzimáticos
BIOQUÍMICA-1º de Medicina Dpto. Biología MolecularJosé C Rodríguez Rey
TEMA 21 2
OBJETIVOS
1. Describir qué son y cómo se producen las especies reactivas de oxígeno (ROS) y de
nitrógeno-oxígeno (RNOS).
2. Revisar las principales fuentes celulares de ROS
3. Conocer cuáles son los principales mecanismos para la prevención de su síntesis
4. Estudiar los beneficios de las ROS y RNOS
5. Describir el efecto de las especies reactivas sobre los componentes celulares
6. Estudiar cuales son los principales métodos para defenderse del efecto de estos
compuestos (antioxidantes)
TEMA 21 3
El oxígeno es un elemento esencial para la vida de los organismos aerobios
1. Se emplea como aceptor de electrones en la cadena de transporte electrónico (aproximadamente un 90 % del consumido)
2. Algunos enzimas lo utilizan para procesos de hidroxilación y oxigenación (aproximadamente un 10% )
3. Una fracción residual (~ 1%) se convierte en especies reactivas de oxígeno (ROS)
a. Como subproductos accidentales de reacciones catalizadas por enzimas con metales en el centro activo.
b. Como productos fisiológicos de las oxidasas de los peroxisomas
c. Deliberadamente en la respuesta inmune
TEMA 21 4
Las especies reactivas de oxígeno (ROS) se originan por reducción parcial de la molécula de oxígeno
Peróxido de hidrógeno
O O
Oxígeno
(O2)
O O
Radical
Superóxido O2-
1 e-2 H+, 1e-
O OH H
Radical
hidroxilo
(OH)
H+, 1e-
O HH2OH+, 1e-
H2O
TEMA 21 5
Reacción de Haber- Weiss Reacción de Fenton
(Cu)
El peróxido de hidrógeno como precursor del radical hidroxilo
Superóxido Peróxido
Radical hidroxilo
Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.
Clinical.Approach,.2nd.Edition.
TEMA 21 6
Las formación de radical hidroxilo por las radiaciones ionizantes es la base de la radioterapia
Radical hidroxilo átomo de hidrógeno
Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.
Clinical.Approach,.2nd.Edition.
TEMA 21 7
En el ciclo Q (Complejo III) se generan radicales libres durante el transporte
electrónico
Oxidación de la primera QH2
Oxidación de la segunda QH2
MATRIZ
Nelson et al. Principles of
Biochemistry. 4th Ed. Freeman
TEMA 21 8
El CICLO Q (Complejo III) es una de las principales fuentes de ROS
Oxidación de la primera QH2
De Nelson et al. Principles of
Biochemistry. 4th Ed. Freeman
O2 O2-
TEMA 21 9
Fe- Hemo
FAD
FMN
2e-
2e-
NADPH + H+ NADP+
RH + O2
ROH + H2O
NADPH-citocromo P450
Oxidorreductasa
Citocromo
P450
Las oxidasas son una fuente importante de radicales libres
TEMA 21 10
Monoamino Oxidasa (membrana mitocondrial de las neuronas)genera H2O2
Xantina Oxidasa (citoplasma)Genera radical superóxido o H2O2
Acido graso oxidasa de los peroxisomas
EJEMPLOS DE ENZIMAS QUE GENERAN H2O2
TEMA 21 11Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.
Clinical.Approach,.2nd.Edition.
El óxido nítrico (EDRF) es un radical libre
Arginina
Citrulina Oxido nítrico
NOS
Peroxinitrito
TEMA 21 12
Reacciones en cadena en la peroxidación lipídica
Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.Clinical.Approach,.2nd.Edition.
2
(Peroxilo)
Peróxido lipídico
A. Iniciación
B. Propagación
C. Degradación
malondialdehido
TEMA 21 13
Efectos del radical hidroxilo sobre el ADN
Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.Clinical.Approach,.2nd.Edition.
Guanina
8 hidroxi guanina
TEMA 21 14
Efectos de los radicales libres
Peroxidación lipídica
Alteración de la
permeabilidad de las
membranas
Formación de aldehidos
Entrecruzamiento de
proteínas (Pro, Arg,
Cys, Met)
Formación de nuevas
especies reactivas
(mitocondria) Formación de complejos
lipidos- proteínas
Rº
Rº
TEMA 21 15
LOS RADICALES LIBRES EN LA ENFERMEDAD DE PARKINSON
Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.
Clinical.Approach,.2nd.Edition.
TEMA 21 16
DEFENSAS DEL ORGANISMO FRENTE A LOS RADICALES LIBRES
1. Mecanismos preventivos de la cadena respiratora
2. Secuestrantes de metales (ferritina, hemosiderina)
3. Enzimas
4. Antioxidantes no enzimáticos
TEMA 21 17
El Hemo B del complejo II (Succinato DH) actúa como un sumidero de electrones libres para
prevenir la formación de radicales libres
De Nelson et al. Principles of
Biochemistry. 4th Ed. Freeman
MATRIZ (N)
Espacio
Interm (P)
Unión al
Substrato
HemoB
TEMA 21 18
El centro Fe- CuB del citocromo a3 previene la formación de radicales libres
Matriz (N)(del sustrato) (bombeados)
Espacio intermembranoso (p)
De Nelson et al. Principles of
Biochemistry. 4th Ed. Freeman
TEMA 21 19
El centro de Fe- Cu de la citocromo oxidasa (complejo IV) disminuye la
formación de peróxidos
TEMA 21 20
La Superóxido Dismutasa y la Catalasa son enzimas que degradan las especies reactivas de oxígeno
Citosol: Cu+ Zn2+ (SOD1)
Medio extracelular: Cu+ Zn2+
Mitocondria :Mn2+
SOD
Superóxido
Peróxido
CATALASA
TEMA 21 21
La Superóxido Dismutasa y la Catalasa son enzimas que degradan las especies reactivas de oxígeno
Citosol: Cu+ Zn2+ (SOD1)
Medio extracelular: Cu+ Zn2+
Mitocondria :Mn2+
SOD
Superóxido
Peróxido
CATALASA
TEMA 21 22
Glutation reductasa y glutation peroxidasa eliminan peróxido de hidrógeno y
peróxidos lipídicos
(Citosol, mitocondrias)
Gly
Cys
γ-Glu
Glutation peroxidasa
Glutation peroxidasa
Glutation reductasa
Ruta de los fosfatos de pentosa
TEMA 21 23
Terminación de la peroxidación lipídica por la vitamina E
Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.Clinical.Approach,.2nd.Edition.
2
(Peroxilo)
Peróxido lipídico
A. Iniciación
B. Propagación
C. Degradación
malondialdehido
D. terminación
TEMA 21 24Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.Clinical.Approach,.2nd.Edition.
Las vitaminas E y C como antioxidantes en la peroxidación lipídica
Ascorbato
Radical
ascorbilo
LOOH
LOO
LOO
LOOH
α- tocoferol
Radical tocoferilo
Tocoferil quinona
TEMA 21 25
Dehidroascorbato DH (GSH)
L- Ascorbato
Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.Clinical.Approach,.2nd.Edition.
Radical ascorbilo Dehidro L- Ascorbato
GSHGSSG
El ascorbato se regenera por el poder reductor del glutation
TEMA 21 26
α-tocoferol
tocoferilo ascorbato
ascorbilo
Lípido
Peróxido
lipídicoGlutation
reducido
Glutation
oxidadoNADPH
NADP+
Ciclos de óxidorreducción de los compuestos antioxidantes
TEMA 21 27
Otras moléculas con propiedades antioxidantes
Endógenos
β- caroteno
Carotenoides maculares
Zeaxantina
Luteína
Flavonoides MELATONINA
ACIDO URICO
TEMA 21 28Marks’.Basic.Medical.Biochemistry.A.Clinical.Approach,.2nd.Edition.
La formación de radicales libres es esencial en los procesos de fagocitosis
1. Activación de NADPH oxidasa2. Espontánea o por SOD3. Mieloperoxidasa4. Fenton5. Induccion de la iNOS6. Formación de peroxinitrito
oxidasa
Bacteria
BacteriaMieloperoxidasa
INVAGINACION DE LA MEMBRANA DEL NEUTROFILO