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