Curso optativo
Antioxidantes
José Pedraza Chaverrí Facultad de Química, UNAM
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA (%)
Nitrógeno , 78.08000000
Oxígeno , 20.95000000
Argón 0.93000000
CO2 0.03000000
Neón 0.00180000 Helio 0.00050000
Criptón 0.00010000 Hidrógeno 0.00006000
Ozono 0.00004000
Xenón 0.00000800
TOXICIDAD DEL OXÍGENO
• El oxígeno es indispensable para la vida de los organismos aerobios.
• Sin embargo, a alta concentración o bajo ciertas condiciones a la concentración normal de 21% es tóxico.
• Esto se debe al aumento en producción de metabolitos del oxígeno parcialmente reducidos o a la disminución del sistema an>oxidante de defensa.
Radical libre
• Un radical libre es cualquier especie capaz de exis>r independientemente y que con>ene uno o mas electrones desapareados.
• Un electrón desapareado es uno que ocupa por si mismo un orbital molecular o atómico.
• X à e-‐ + X.+
• Y + e-‐ à Y.-‐
• A:B à A.+ B.
Oxidación
Ganancia de oxígeno: C + O2 à CO2 (el carbono se oxida a dióxido de carbono) Pérdida de electrones: Na à Na+ + e-‐ (el átomo de sodio se oxida al ión sodio)
O2.-‐ à O2 + e-‐ (el radical superóxido se oxida a
oxígeno)
Reducción • Pérdida de oxígeno: • CO2 + C à 2CO (El CO2 se reduce a monóxido de carbono; el C se oxida a CO).
• Ganancia de hidrógeno: • C + 2H2 à CH4 (el carbono se reduce a metano).
Reducción
• Ganancia de electrones:
• Cl + e-‐ à Cl-‐ (El átomo de cloro ser reduce al ión cloro).
• O2 + e-‐ à O2.-‐ (El oxígeno se reduce a radical
superóxido).
Agente oxidante
Es el que oxida a otro compuesto • a) Tomando electrones de él. • b) Tomando hidrógeno. • c) Adicionando oxígeno.
Durante la reacción, el agente oxidante se reduce.
Agente reductor
Es el que reduce a otro compuesto: • a) Donando electrones. • b) Donando hidrógeno. • c) Removiendo oxígeno.
Durante la reacción, el agente reductor se oxida
El oxígeno es un diradical, tiene un electrón en cada uno de sus dos orbitales antiunión. Debido a sus dos electrones desapareados, es atraído en un campo magnético por lo que se dice que es paramagnético. En su estado basal de energía genera tres señales (un triplete) en un campo magnético. Los electrones desapareados tienen el mismo giro (spin) pues así al mantenerse alejados uno de otro reducen la repulsión de sus cargas negativas.
Estos electrones pueden interaccionar con los electrones de otros elementos y compuestos que estén libres y que tengan el giro opuesto. La razón por la cual el O2 no es muy reactivo a temperatura ambiente se debe a que, en la mayoría de los compuestos, los electrones se encuentran apareados, habiendo muy pocos electrones libres y solo algunos de estos con un giro opuesto a los del oxígeno.
Especies reacHvas de oxígeno
• Especies que pueden ser o no radicales libres y son mas reac>vas que el oxígeno molecular debido a que con>enen oxígeno incompletamente reducido o con una distribución electrónica diferente.
e- e- e- e-
2H+ 2H+ OH- +
Formación de ERO’s: Reducción univalente del oxígeno
O2 • - O2 H2O2 2H2O OH•
O2 → O2.- → H2O2 →
.OH → 2H2O
REDUCCIÓN TETRAVALENTE DEL OXÍGENO
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
e- e- e- e-
2H+ 2H+
REDUCCIÓN UNIVALENTE DEL OXÍGENO
OH- +
RADICALES NO RADICALES
SUPEROXIDO (O2.-) PERÓXIDO DE HIDROGENO (H2O2)
HIDROXILO (OH.) ÁCIDO HIPOCLOROSO (HOCl)
PEROXILO (RO2.) SINGULETE DE OXÍGENO (1Δg)
ALCOXILO (RO.) PEROXINITRITO (ONOO-)
HIDROPEROXILO (HO2.) OZONO (O3)
ESPECIES REACTIVAS DE OXÍGENO
REACCIÓN DE FENTON
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH. + OH-
REACCIÓN DE HABER-WEISS
O2.- + Fe3+ → Fe2+ + O2
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH. + OH- __________________________________
O2.- + H2O2 → OH. + OH- + O2
PRODUCCIÓN DEL RADICAL HIDROXILO
Especies reacHvas de nitrógeno
Radicales: Óxido nítrico (NO.) Dióxido de nitrógeno (NO2
.)
No Radicales Ácido nitroso, HNO2 Cloruro de nitrilo, NO2Cl Ca>ón nitrosilo, NO+ Anión nitroxilo, NO-‐
Tetróxido de dinitrógeno, N2O4 Alquil peroxinitratos, Trióxido de dinitrógeno, N2O3 ROONO
-‐
Peroxinitrito, ONOO-‐ Ca>ón nitronio, NO2
+
Reducción univalente O2 + 1e- → O2
•-
L-arginina + O2 + NADPH + H+
O2 + NADPH + H+
NADPH oxidasa
O2•- + •ON ONOO- HONOO
Óxido nítrico sintasa
▪OH RE
P450 reductasa
Citocromo b5
O2
Xantina oxidasa
NADPH + H+ NADP+
H+
Daño a DNA
Lipoperoxidación
Oxidación de proteínas
Poderoso agente nitrante
Lipoperoxidación
Precursor de ERN’s
+ ▪NO2
• Estrés oxidante: Es una alteración en el balance oxidantes-‐an>oxidantes a favor de los primeros que, cuando persiste, induce daño a las moléculas que cons>tuyen a los organismos vivos.
(Halliwell y Gutteridge, 2007).
Daño oxidante: Es el daño biomolecular causado por el ataque de las especies reactivas sobre los constituyentes de los organismos vivos.
An>oxidante • Un anHoxidante es cualquier sustancia que retarde, prevenga o remueva el daño oxidante a una molécula blanco (Halliwell y Guderidge, 2007).
• Los an>oxidantes son donadores de electrones a centros moleculares que son suscep>bles de perder electrones y por lo tanto de la formación de radicales libres y de iniciar oxidaciones y cadenas oxida>vas de oxidación (Dinkova-‐Kostova y Talalay, Arch Biochem Biophys, 2010).
Los anHoxidantes pueden ser sinteHzados endógenamente o tomados de la dieta
Endógenos • Superóxido dismutasa O2•¯ˉ + O2•¯ˉ + 2H+ → H2O2 + O2
• Catalasa H2O2 + H2O2 → 2H2O + O2
• Hemo-‐oxigenasa HEMO + O2 → CO + BILIVERDINA + Fe2+ → BILIRRUBINA
NADPH + H+ → NADP+
Dieta: • Romero Carnosol
• Café Kahweol
• Chile Capsaicina
Defensas anHoxidantes • AnHoxidantes de bajo peso molecular:
– (a) directos (GSH, vitaminas C, E y K, ubiquinol, carotenos, ácido úrico),
– (b) indirectos (sulforafano) – (c) bifuncionales (curcumina, ácido lipoico, resveratrol, NDGA).
• Enzimas: – (a) con acción anHoxidante directa (SOD, GPx, y CAT), – (b) que regeneran anHoxidantes (GR y TrxR), – (c) que sinteHzan anHoxidantes de bajo peso molecular (GCL y HO-‐1) – (d) que sinteHzan NADPH (G6PDH).
• Proteínas que secuestran iones metálicos de transición. – Fe: FerriHna, transferrina. – Cu: ceruloplasmina.
EQUILIBRIO ANTIOXIDANTES-‐RADICALES LIBRES
LOS RADICALES LIBRES BUSCAN ÁVIDAMENTE ELECTRONES
ENZIMAS ANTIOXIDANTES
Antioxidantes
No enzimáticos
Vitamina C Glutatión Ácido úrico
Vitamina E β-caroteno Bilirrubina
Glutatión peroxidasa Tiorredoxina peroxidasa Catalasa Superóxido dismutasa Glutatión reductasa Hemo-oxigenasa-1
Hidrosolubles
Liposolubles
Enzimáticos
Superóxido dismutasa O2
• - + O2
• - + 2H+ → H2O2 + O2
Catalasa 2H2O2 → 2H2O + O2 Glutatión peroxidasa H2O2 + 2GSH → GSSG + 2H2O Tioredoxina peroxidasa (Peroxiredoxina) H2O2 + TrxP (red) → 2H2O + TrxP (ox)
ENZIMAS INVOLUCRADAS EN EL METABOLISMO DE LAS ESPECIES REACTIVAS DE OXIGENO
H2O2
GPx 2 H2O
2 GSH GSSG
GSH reductasa
2 NADP+ 2 NADPH + H+
G6PDH
2 Glucosa-6P 2 6-P-Glucono-delta lactona
ENZIMAS INVOLUCRADAS EN EL METABOLISMO DE LAS ESPECIES REACTIVAS DE OXIGENO
GSSG + GR-(SH)2 2GSH + GR-S2 GR-S2 + NADPH + H+ GR-(SH)2 + NADP+
Glutatión reductasa
Tioredoxina reductasa
Hemo oxigenasa (HO)
HEMO BILIVERDINA BILIRRUBINA
NADPH + H+ NADP+
HO
NADPH + H+ NADP+
Trx-S2 + NADPH + H+ Trx-(SH)2 + NADP+ Trx-(SH)2
+ proteína-S2 Trx-S2 + proteína-(SH)2
H2O2
GSH
GPx (Se) GR
GSSG
TrxR (Se)
Trx (red)
TrxP
Trx (ox)
H2O
DEGRADACION DE H2O2 POR PEROXIREDOXINA (TIOREDOXINA PEROXIDASA, TrxP) Y GLUTATION PEROXIDASA