ATP

 ATP

El ATP como fuente de energía libre en los sistemas biológicos

El ATP actúa de modo cíclico como transportador de la energía química de las reacciones catabólicas o degradativas del metabolismo, las cuales proporcionan energía química para los diversos procesos celulares que necesitan aporte de energía. El ATP se genera a partir del ADP mediante reacciones de fosforilación ligadas o acopladas a expensas de la energía liberada en la degradación de las moléculas combustibles. Se postuló que el ATP generado de este modo cedía su grupo fosfato terminal a moléculas aceptoras específicas que resultaban activadas energéticamente, siendo entonces capaces de efectuar diversas funciones que precisan de energía en la célula; por ejemplo, la biosíntesis de las macromoléculas (trabajo químico), el transporte activo de iones inorgánicos y de nutrientes de la célula a través de las membranas en contra de gradientes de concentración (trabajo osmótico) y la contracción muscular (trabajo mecánico). Funciones del ATP

• ·         Aporta la energía (química) que necesitan las múltiples reacciones químicas que ocurren en el organismo: Procesos oxidativos de sustancias combustibles como el glucógeno, la glucosa y los lípidos.
• ·         Aporta la energía necesaria para la ocurrencia de casi todos los procesos celulares: Respiración, secreción hormonal, biosíntesis de sustancias (reparación de tejidos), transmisión de impulsos nerviosos, división celular, etc.
• ·         Aporta la energía necesaria para el transporte de sustancias a través de membranas (30 % del ATP).
• ·         Facilita la energía necesaria para la contracción muscular. El ATP es fuente inmediata de energía para el trabajo muscular.
• ·         Su forma aniónica, juega es decisiva en el mecanismo de contracción muscular.
• ·         Tiene actividad enzimática (ATPásica), facilitando la ocurrencia de muchas reacciones bioquímicas del organismo a la velocidad necesaria.

H

FFIG. 1 FUNCIONES DEL ATP EN SISTEMAS BIOLOGICOS

La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en la membrana plasmática de bacterias, en la membrana interna mitocondrial o en las membranas tilacoidales, que mediante reacciones bioquímicas que producen adenosin trifosfato (ATP), que es el compuesto energético que utilizan los seres vivos. Sólo dos fuentes de energía son utilizadas por los organismos vivos: reacciones de óxido-reducción (redox) y la luz solar (fotosíntesis). Los organismos que utilizan las reacciones redox para producir ATP se les conoce con el nombre de quimioautótrofos, mientras que los que utilizan la luz solar para tal evento se les conoce por el nombre de fotoautótrofos. Ambos tipos de organismos utilizan sus cadenas de transporte de electrones para convertir la energía en ATP.

 FIG. 2 CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES

El acoplamiento entre las reacciones exergónicas que liberan energía al medio y endergónicas (con consumo de energía), en conjunto constituyen el metabolismo celular. Las reacciones endergónicas se manifiestan durante los procesos anabólicos; de manera que, requieren que se le añade energía a los reactivos (sustratos o combustibles metabólicos), se le suma energía (contiene más energía libre que los reactivos). Por otro lado, durante las reacciones exergónicas se libera energía como resultado de los procesos químicos (ej. el catabolismo de macromoléculas). La energía libre se encuentra en un estado organizado, disponible para trabajo biológico útil.

En la célula son oxidadas las macromoléculas por una serie de reacciones químicas degradativas (catabolismo). Como productos del catabolismo se obtienen metabolitos simples y energía. Ambos son los precursores para la síntesis de los componentes celulares. Todo el conjunto de reacciones de síntesis se llama anabolismo. En el catabolismo (oxidación) se produce una liberación de electrones que son captados por moléculas transportadoras de electrones como el NAD+ (que al aceptar electrones se reduce a NADH). Por otra parte, la energía liberada queda retenida en su mayoría en el ATP.

La síntesis (anabolismo) de los compuestos celulares se realiza con los metabolitos simples, utilizando la energía contenida en el ATP y los electrones contenidos en el NADH, ya que éste es un proceso reductivo (toma electrones). El ATP es esa moneda de intercambio energético debido a su estructura química. Cuando se hidroliza libera mucha energía que va a ser captada por las enzimas que catalizan las reacciones de biosíntesis.

Estructura del ATP: inestabilidad y formación de híbridos de resonancia

Aunque son muy diversas las biomoléculas que contienen energía almacenada en sus enlaces, es el ATP (adenosín trifosfato) la molécula que interviene en todas las transacciones de energía que se llevan a cabo en las células; por ella se la califica como "moneda universal de energía".

El ATP está formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos, contiene enlaces de alta energía entre los grupos fosfato; al romperse dichos enlaces se libera la energía almacenada.

En la mayoría de las reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP, rompiéndose un sólo enlace y quedando un grupo fosfato libre, que suele transferirse a otra molécula en lo que se conoce como fosforilación; sólo en algunos casos se rompen los dos enlaces resultando AMP + 2 grupos fosfato.
El sistema ATP <-> ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células.

El ATP es un nucleótido trifosfato que se compone de adenosina (adenina y ribosa, como β-D-ribofuranosa) y tres grupos fosfato. Su fórmula molecular es C10H16N5O13P3. La estructura de la molécula consiste en una base purina (adenina) enlazada al átomo de carbono 1' de un azúcar pentosa. Los tres grupos fosfato se enlazan al átomo de carbono 5' de la pentosa. Los grupos fosforilo, comenzando con el grupo más cercano a la ribosa, se conocen como fosfatos alfa (α), beta (β) y gamma (γ).

FIG. 3 ESTRUCTURA DEL ATP

El ATP es inestable porque hace 3 grupos negativamente cargados del fosfato conectados juntos secuencialmente. Las cargas negativas están empujando constantemente lejos de si mismos.

El ion ortofosfato, que frecuentemente se abrevia con la expresión Pi (fosfato inorgánico), es capaz de adoptar una amplia gama de formas de resonancia. Tanto el protón ligado como el oxígeno que lo fija han de considerarse deslocalizados, por lo que es más adecuada escribir la estructura que se muestra en la siguiente figura.

FIG. 4 RESONANCIA DEL ION ORTOFOSFATO

Estas formas múltiples, que son de una energía igual, contribuyen a la entropía elevada de una estructura de resonancia de este tipo, no todas estas formas son posibles cuando el fosfato está unido a un éster. Por consiguiente, la liberación del ortofosfato da lugar a un aumento de la entropía del sistema. Y está, por tanto, favorecida. La estabilización de resonancia se da en todas las reacciones de hidrólisis de fosfato

Potenciales de transferencia de fosfato

Existe otra forma útil de entender los valores de ∆Gº para diversos compuestos fosfato de alta energía , como se muestra:

Estos valores forman una escala de potenciales de transferencia fosfato , el potencial se define como; simplemente  el valor -∆Gº de la hidrólisis, cada compuesto impulsa la fosforilación de los compuestos situados en un lugar más bajo de la escala, siempre que se disponga de un mecanismo de acoplamiento adecuado

Hidrólisis de ATP y energía libre

FIG 5. Molécula de ATP y su hidrólisis a ADP + Pi:

Donde °¬°°~° son los enlaces anhídrido de ácido, que son de alta energía. En la hidrólisis del ATP se está hidrolizando uno de esos enlaces anhídrido de ácido. Esto libera energía (7'7kcal/mol).

Es decir: ΔG = -7,7 kcal/mol "REACCIÓN EXERGÓNICA"

Así se comprende que el ATP tiene tendencia a hidrolizarse de forma natural y liberar energía.

Las razones químicas de esa tendencia son tres:

1.Energía de estabilización por resonancia: viene dada por la deslocalización electrónica, es decir, que debido a la distinta electronegatividad entre el P y el O, existe un desplazamiento de los electrones de los dobles enlaces hacia el O. En el enlace doble tienen cierto carácter de sencillo y viceversa. Pues bien, la energía de estabilización por resonancia es más alta en los productos de hidrólisis que en el ATP. Esto se debe fundamentalmente a que los electrones π (los puntos rojos en los O) de los oxígenos puente entre los P son fuertemente atraídos por los grupos fosfóricos.

La competencia por los electrones π crea una tensión en la molécula; ésta es evidentemente menor (o está ausente) en los productos de hidrólisis. Por lo tanto, hay mayor energía de estabilización por resonancia en los productos de hidrólisis.

2.Tensión eléctrica entre las cargas negativas vecinas existente en el ATP (las flechas entre los O de los Pi). Esa tensión es evidentemente menor en los productos de hidrólisis.

3.Solvatación: la tendencia natural es hacia una mayor solvatación. La energía de solvatación es mayor en los productos de hidrólisis que en el ATP.

En la célula existen muchos enlaces de alta energía, la mayoría de los cuales son enlaces fosfato. El ATP ocupa una posición intermedia entre los fosfatos de alta energía.

Hidrólisis de ATP acoplada a las reacciones bioquímicas no espontáneas

Por ejemplo considerando las siguientes reaccione siguientes y los valores que se muestran
(1) Hidrólisis del PEP PEP piruvato +Pi ∆Gº= -62 kJ/mol
(2) Fosforilación de adenosina de fosfato ADP + Pi ATP ∆Gº= +31kJ/mol
(1)+(2) fosforilación acoplada del ADP por PEP PEP+ADP piruvato + ATP ∆Gº=-31kJ/mol

Así pues el fosfoenolpiruvato, que posee un potencial de transferencia de fosfato muy alto, de 62 kJ/mol, es capaz de añadir un grupo fosfato al ADP en una proceso favorecido termodinámicamente. El ATP puede pasar este fosfato a la glucosa, ya que el potencial de transferencia fosfato de la glucosa-6-fosfato está todavía mucho más abajo en la escala

(1) Hidrólisis del ATP ATP ADP + Pi ∆Gº= -31 kJ/mol
(2) Fosfoliracion de la glucosa glu+ Pi Glu-6P ∆Gº= +14kJ/mol
(1)+(2) fosforilación acoplada a la glucosa ATP + Glu ADP + GLU-6P ∆Gº= -17 kJ/mol

Estos ejemplos resaltan la forma en la que el ATP puede actuar como un agente versátil de transferencia de fosfato mediante reacciones acopladas. En cada caso, el acoplamiento se realiza haciendo que las reacciones se produzcan en la superficie de una molécula proteica grande, una enzima. Las enzimas pueden facilitar este acoplamiento y acelerar las reacciones

NADH y FADH2 como fuentes de poder reductor

La dinucleótido de nicotinamida adenina (abreviada NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida) es una coenzima que contiene la vitamina B3 y cuya función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.

El NAD+ interviene en múltiples reacciones metabólicas de óxido-reducción. Cuando una enzima oxida un substrato por deshidrogenación, los átomos de hidrógeno arrancados a dicho substrato son cedidos por la enzima al NAD+; éste actúa como agente oxidante al aceptar dos electrones (y un protón), quedando libre en el medio otro protón:

A-H2 + NAD+ → A + NADH+H+
Por tanto, el NADH es la forma reducida del NAD+, ya que posee dos electrones (y un protón) más. El NADH actúa como transportador de 2e- y 1H+, para acabar cediéndolos. En el catabolismo aerobio, el NADH cede sus electrones al complejo NADH-deshidrogenasa (el primer elemento de la cadena respiratoria) situado en la membrana interna de la mitocondria; en el catabolismo anaerobio, como en la fermentación láctica, el NADH cede sus electrones al ácido pirúvico que se reduce a ácido láctico.

El flavín adenín dinucleótido es un coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno formado por un electrón y un protón), según la siguiente reacción:

La función bioquímica general del FAD es oxidar los alcanos a alquenos, mientras que el NAD+ (un coenzima con simialr función) oxida los alcoholes a aldehídos o cetonas. Esto es debido a que la oxidación de un alcano (como el succinato) a un alqueno (como el fumarato) es suficiente exergónica como para reducir el FAD a FADH2, pero no para reducir el NAD+ a NADH.

La reoxidación del FADH2 (es decir, la liberación de los dos electrones y dos protones capturados) tiene lugar en la cadena respiratoria, lo que posibilita la formación de ATP (fosforilación oxidativa).

Referencias

Lehninger, Albert L. "Bioquímica" Ed. Omega, S. A. 15a ed. Barcelona, 1991. pp. 399.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/18/html/sec_9.html

http://www.cuida-te.com/2011/01/14/la-importancia-de-la-atp-en-la-musculacion/

http://web.usal.es/~jmcsil/biblioteca/biofisica/unizar/CricosE.htm

REACCIONES DE OXIDO – REDUCCION

REACCIONES DE OXIDO – REDUCCION

Las reacciones de óxido – reducción o REDOX son aquellas donde está involucrado un cambio en el número de electrones asociado a un átomo determinado, cuando este átomo o el compuesto del cual forma parte se transforma desde un estado inicial a otro final.

La gran mayoría de las reacciones redox ocurren con liberación de energía. Por ejemplo: la combustión de compuestos orgánicos que proporciona energía calórica, las reacciones que se realizan en una pila o batería, donde la energía química es transformada en energía eléctrica, y las reacciones más importantes, desde el punto de vista de nuestro curso, que ocurren a nivel del metabolismo de un ser viviente. Como los alimentos son substancias reducidas, el organismo las oxidada controladamente, liberando energía en forma gradual y de acuerdo a sus requerimientos. Esta energía es transformada en energía química en forma de ATP, la cual es utilizada para todos los procesos endergónicos que ocurren en los organismos.

Conceptos básicos.

Los términos “oxidación” y “reducción” provienen de reacciones que se han conocido durante siglos. Las antiguas civilizaciones aprendieron cómo transformar los óxidos y sulfuros metálicos en el metal, es decir, cómo reducir el mineral a metal. Un ejemplo es la reducción del óxido de hierro (III) con monóxido de carbono para obtener hierro metálico.

Fe₂O_{3 (s)} + 3 CO₃    -------------    2 Fe _(s) + 3 CO _{2 (g)}

El Fe₂O₃ pierde oxigeno y se reduce, y el CO es el agente reductor gana oxigeno y se oxida.  En esta reacción el monóxido de carbono es el agente que lleva a cabo la reducción del mineral de hierro para obtener el hierro metálico, de modo que el monóxido de carbono se le denomina el agente reductor.

Cuando Fe₂O₃  se reduce con monóxido de carbono, se retira oxígeno del mineral hierro y se agrega al monóxido de carbono, el cual se oxida por la adición del oxígeno para dar dióxido de carbono. Cualquier proceso en el cual se agrega oxígeno a otra sustancia es una oxidación.
En resumen:Las reacciones redox o de óxido-reducción son aquellas donde hay movimiento de electrones desde una sustancia que cede electrones (reductor) a una sustancia que capta electrones (oxidante).

• La sustancia que cede electrones, se oxida.
• La sustancia que gana electrones, se reduce.

Puede sonar raro que la sustancia que se oxida pierda electrones y la sustancia que se reduce gane electrones, porque uno se pregunta, ¿cómo se puede reducir una sustancia que está ganando algo? Precisamente porque lo que está ganando son electrones, que tienen carga negativa.

Uno en la vida puede ganar muchas cosas positivas, pero también puede ganarse problemas, que son cosas negativas. Por suerte, ganar o perder electrones no es problema para ninguna sustancias, pero puede serlo para ti si no sabes cómo responder una pregunta de oxidación reducción.

• La sustancia que se oxida al reaccionar, reduce a la otra sustancia con la cual está reaccionando, porque le está regalando electrones: decimos que es un reductor.
• La sustancia que se reduce al reaccionar, oxida a la otra sustancia con la cual está reaccionando, porque le está quitando electrones: decimos que es un oxidante. 

Recapitulando:

Cede electrones = se oxida = es reductor.
Gana electrones = se reduce = es un oxidante.

Agente oxidante: es toda sustancia, molécula o ión capaz de captar electrones, por lo tanto se reduce.

Agente reductor: es toda sustancia, molécula o ión capaz de ceder electrones, por lo tanto se oxida.

Oxidación: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico cede electrones, lo que se traduce en un aumento de su índice de oxidación.

Reducción: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico capta electrones, lo que se traduce en una disminución de su índice de oxidación.

RADICALES LIBRES

Nuestro cuerpo esta compuesto por moléculas, o agrupaciones de átomos, cuyos electrones están habitualmente emparejados. Este emparejamiento da estabilidad electroquímica a la molécula.                

Si por algún motivo un electrón de un átomo o una molécula queda libre, su inestabilidad le llevará a buscar otro para completar el par. Esto es un radical libre (RL), extremadamente inestable y, por tanto, con gran poder reactivo. Dado que los electrones no circulan solos por ahí, lo robará de otra molécula, que a su vez se quedará con un electrón desapareado, convirtiéndose así en otro radical libre, que a su vez tratará de emparejar su electrón. Y así sucesivamente. Si esto no se para, se desencadena un proceso que puede acabar por lesionar las células.    

En las últimas décadas han surgido diversas teorías que intentan explicar el proceso de envejecimiento, entre ellas una de las que tiene más adeptos es la de los radicales libres. Esta teoría propone que, debido a la alteración de los mecanismos antioxidantes, se generan y acumulan los radicales libres y se produce un estrés oxidativo que daña estructuras celulares, lo cual conduce a la muerte celular.

FIG 1. CELULA AFECTADA POR RADICALES LIBRES

En todos los cambios arriba mencionados subyace la formación excesiva de radicales libres, mismos que ocasionan la destrucción de las macromoléculas de la célula (ácidos nucléicos, lípidos, carbohidratos y proteínas), induciendo una disminución en la resistencia al ambiente y un incremento en la fragilidad celular.

Los radicales libres son resultado de los procesos fisiológicos propios del organismo, como el metabolismo de los alimentos, la respiración y el ejercicio, o bien son generados por factores ambientales como la contaminación industrial, el tabaco, la radiación, los medicamentos, los aditivos químicos en alimentos procesados y los pesticidas. moléculas extremadamente reactivas, debido a que en el orbital más externo de su estructura tienen uno o más electrones sin aparear. Esta inestabilidad les confiere una avidez física por la captura de un electrón de cualquier otra molécula de su entorno, ocasionando que la estructura afectada quede inestable. De esta forma pueden establecer reacciones en cadena por medio de varios transportadores que se oxidan y se reducen secuencialmente, cuando un radical libre inicial modifica una biomolécula después de transferir o capturar un electrón. El daño es transmitido por medio de los transportadores, que incluso pueden ser moléculas circulantes.

 FIG 2. FUENTES DE RADICALES LIBRES

Con base en esta definición, son radicales libres la molécula de oxígeno, el átomo de hidrógeno y los metales de transición (en estado iónico). La enorme reactividad de los radicales de oxígeno los lleva a interactuar ávidamente con otras moléculas.

Los radicales libres se forman por fuentes exógenas o endógenas. Un ejemplo de las segundas se observa en los sistemas biológicos, los cuales necesitan el oxígeno para su metabolismo energético.

Aproximadamente 80% del adenosín trifosfato (ATP) que utilizamos se forma en las mitocondrias, donde se consume entre 85 y 90% del oxígeno. En ellas, el oxígeno molecular disuelto entra a la cadena respiratoria para reducirse a agua, proceso en el que son generados en forma sucesiva, el anión superóxido, el peróxido de hidrógeno y el radical hidroxilo, especies de radicales derivadas del oxígeno.

Las estructuras subcelulares de generación de radicales libres incluyen principalmente las mitocondrias, los lisosomas, los peroxisomas, así como la membrana nuclear, la citoplásmica y la del retículo endoplásmico.

Los radicales libres juegan un papel fisiológico clave en la homeostasis, como es el caso del óxido nítrico sintetizado por la enzima óxido nítrico sintasa.

El óxido nítrico participa en la relajación muscular, el control del tono vascular y varias otras funciones que dependen de la guanosina monofosfato cíclico

(GMPc). El superóxido (O2¯ ) formado por la oxidasa NAD(P)H controla la producción de eritropoyetina, participa en el control de la ventilación, en la relajación del músculo liso y en la transducción de señales de varios receptores membranales que activan funciones inmunes.

En general, los radicales derivados de especies reactivas de oxígeno intervienen en la respuesta del estrés oxidativo (el bombardeo persistente de moléculas por radicales de oxígeno reactivo) y mantienen la homeostasis redox.

Los radicales libres son generados y utilizados por células como los neutrófilos, los monocitos, los macrófagos, los eosinofilos y los fibroblastos para eliminar organismos extraños como bacterias y virus. Pero el incremento de estos radicales conduce a un deterioro celular que se refleja de manera muy pronunciada durante la vejez, etapa en que se presentan varias enfermedades asociadas al daño oxidativo (destrucción molecular producida por radicales libres derivados del oxígeno).

Una vez formados los radicales libres por el metabolismo celular, éstos son capaces de reaccionar rápidamente con la molécula vecina. Los lípidos representan el grupo más susceptible debido a la presencia de dobles enlaces en sus ácidos grasos.

DAÑO A BIOMOLECULAS

PEROXIDACIÓN DE LÍPIDOS

Una molécula reactiva, como es el hidroxilo (•OH), ataca un ácido graso, constituyente de triacilgliceroles o fosfoacilgliceroles.

La interacción del radical libre va dirigida al carbono adyacente, a un doble enlace, ocasionando un rompimiento homolítico al sustraer un hidrógeno que forma agua al unirse al radical, mientras que el ácido graso presenta un radical libre (electrón) en el carbono afectado por el hidroxilo. Una vez que a un fosfolípido se le arrebata un electrón, éste busca estabilizar su estructura química y toma el electrón de la molécula próxima, generándose así una reacción en cadena.

Los productos de la lipoperoxidación son aldehídos, cetonas, esteres, alcoholes. Este proceso repetitivo conduce a la membrana a perder sus propiedades fisicoquímicas y culmina con la muerte de la célula.

La lipoperoxidación se asocia con la etiología de diversos padecimientos como son el engrosamiento y rigidez de los vasos sanguíneos (arteroesclerosis), que reduce el adecuado suministro de sangre, la inflamación de las articulaciones (artritis reumatoide), la inflamación y el exceso de mucosidad en los pulmones (enfisema pulmonar), el crecimiento celular maligno e incontrolable (cáncer) y el proceso de envejecimiento celular.

OXIDACIÓN DE PROTEÍNAS

Todas las cadenas laterales de los aminoácidos que forman parte de las proteínas son susceptibles de ser atacadas por el radical hidroxilo, aunque algunas son más vulnerables que otras como es el caso de las cadenas laterales de la tirosina, la fenilalanina, el triptofano, la histidina, la metionina

y la cisteína. En consecuencia, la exposición de proteínas a sistemas generadores de radicales libres conduce a modificaciones en la estructura terciaria, que puede acompañarse de una fragmentación química, un incremento en la susceptibilidad al ataque proteolítico y a la pérdida de la función biológica.

Uno de los radicales más reactivos a la estructura de proteínas es el óxido nítrico (NO). Además, se ha sugerido que las proteínas pueden actuar como “atrapadoras” de la energía química liberada por los radicales libres, y transferirla a otra molécula.

Otro mecanismo que da lugar a cambios estructurales en las proteínas inducidos por radicales libres es la reacción conocida como auto-oxidación de hexosas, que presentan la fructuosa y glucosa; ésta puede ser potencialmente importante en las complicaciones relacionadas con pacientes diabéticos (incremento “anormal” en la glucosa plasmática).

FIG 3. DAÑO A PROREINAS Y LIPIDOS

OXIDACIÓN DE CARBOHIDRATOS

La oxidación de carbohidratos puede dar lugar a la formación de moléculas capaces de reaccionar con los grupos carbonilo de las proteínas. Los monosacáridos de la glucosa, una vez oxidados por los radicales libres producidos por metales de transición, pueden combinarse con los grupos carbonilo de las proteínas.

OXIDACIÓN DE ÁCIDOS NUCLEICOS Y NUCLEÓTIDOS

La importancia biológica de los ácidos nucléicos nos obliga a considerar como un efecto de gran repercusión el que se presenten modificaciones o delecciones de las bases de la molécula del ADN causadas por la presencia de radicales libres. A semejanza de las proteínas, parece existir una muy baja posibilidad del establecimiento de reacciones en cadena; sin embargo, el daño puede ser más significativo, aunque sea muy limitado en extensión y localización. La interacción de radicales libres con el ADN causa cambios conformacionales, alteración de bases y ruptura de una o de la doble cadena y pérdida de nucleótidos, eludiendo el sistema de reparación al presentar una mutación antes de la replicación.

Esto conduce a la producción de genes mutados y, por ende, de proteínas disfuncionales. Las modificaciones de las bases se deben, en gran parte, a los metales de transición, fundamentalmente al ión ferroso (Fe2+), que se encuentra unido al ADN y que, en presencia del peróxido de hidrógeno

(H2O2), genera el hidroxilo (OH-) que modifica las bases del mismo. El hidroxilo puede atacar tanto purinas como pirimidinas, además de generar rupturas en las cadenas de ADN.

ESTRÉS OXIDATIVO

T. KIRKWOOD POTENCIAL REDOX

Lo más sorprendente del envejecimiento es que,

tras el milagro de la morfogénesis, esto es la creación

de un organismo a partir de una masa de células,

el cuerpo es incapaz de mantenerse tal y como se formó.

FIG.4 MEMBRANA AFECTADA POR ENVEJECIMIENTO

El estrés oxidativo se produce cuando la exposición a los RL es mayor que lo que nuestras enzimas antioxidantes son capaces de neutralizar, y a la vez el consumo de antioxidantes en la alimentación es insuficiente para compensar ese desequilibrio. Esta situación, mantenida en el tiempo, puede acelerar el envejecimiento y crear un terreno propicio al desarrollo de enfermedades degenerativas.               

Además de los RL de producción interna, están los externos: productos químicos presentes en el aire, el agua y los alimentos, humos, exposición a los rayos ultravioleta, etc. Actualmente, la exposición de los humanos a los RL es mayor que nunca, debido al mayor grado de contaminación. Por eso es tan importante contar con fuentes externas de antioxidantes, que nos ayuden a conseguir ese equilibrio.

Un RL puede afectar cualquier tejido. Las membranas celulares tienen en su composición ácidos grasos poliinsaturados (omega-6, omega-3). Estos son los que dan a las células su flexibilidad. Pero estas grasas son muy inestables y tienen una mayor propensión a oxidarse que las monoinsaturadas (aceite de oliva) o las saturadas. Son, por tanto, muy sensibles a la acción de los RL.       Además de las membranas de las celulas, pueden afectarse partes del citoplasma, o incluso el ADN. Cuando afecta al ADN, aumentan las posibilidades de errores genéticos cuando la célula se reproduce, incrementándose el riesgo de cáncer.                                                                                                      

Los RL atacan diversos tejidos: capilares, terminaciones nerviosas, compuestos de colágeno y elastina, lípidos sanguíneos (LDL), etc. En suma, los efectos son generales. Órganos especialmente sensibles son:

 El cerebro, ya que su estructura incluye una cantidad importante de A.G poliinsaturados de cadena larga. En enfermedades como el Alzheimer y la demencia senil se produce un deterioro acelerado de la estructura cerebral. Merece la pena proteger el cerebro en lo posible.

Sistema cardiovascular. La formación de una placa de ateroma suele iniciarse con una lesión en la arteria. Una de las vías en que se produce esta lesión es mediante la oxidación del colesterol LDL (colesterol malo). Los RL también afectan los capilares.

Articulaciones. Las lesionesen la elastina y el colágeno favorecen los procesos de desgaste de las articulaciones (artrosis).

 Piel. Cuando se afecta el colágeno, se acelera el envejecimiento de la piel.

Vista. La retina está compuesta por una gran cantidad de ácidos grasos omega-3, lo que la hace muy sensible a la carga oxidante.

ANTIOXIDANTES

Es una sustancia capaz de neutralizar la acción de un radical libre, sin por ello resultar oxidada ni perder su estabilidad. Muchos alimentos vegetales los contienen en gran cantidad. Son las mismas sustancias que les protegen de ser fácilmente oxidados por la acción del aire y el sol.

PRIMARIOS

Previenen la formación de nuevos radicales libres, convirtiéndolos en moléculas menos perjudiciales antes de que puedan reaccionar o evitando la formación de radicales libres a partir de otras moléculas.

Algunos ejemplos:

• La enzima glutatión peroxidasa (GPx), que convierte el peróxido de hidrógeno (H2O2) y los peróxidos lipídicos en moléculas inofensivas antes de que formen radicales libres.

• Las catalasas.

• El glutatión reductasa.

• El glutatión S transferasa.

• Las proteínas que se unen a metales (ferritina, transferrina) y limitan la disponibilidad de hierro necesario para formar el radical OH•

SECUNDARIOS

Capturan los radicales libres evitando la reacción en cadena.

Algunos ejemplos:

• La vitamina E o alfa-tocoferol.

• La vitamina C o ácido ascórbico.

• El beta-caroteno.

• El ácido úrico.

• La bilirrubina.

• La albúmina.

• La melatonina.

• Los estrógenos.

 FIG. 5 ANTIOXIDANTE NEUTRALIZANDO RADICALES LIBRES

TERCIARIOS

Reparan las biomoléculas dañadas por los radicales libres.

Algunos ejemplos:

• Las enzimas reparadoras de ADN (endonucleasas, exonucleasas). Las metionina sulfóxido reductasa.

FIG. 6 TABLA DE POTENCIALES REDOX

Potencial Redox: (Una reacción de oxidación-reducción (redox ), es aquella en la cual ocurre una transferencia de electrones.)

Para que se produzca una corriente eléctrica es necesario que se establezca una diferencia de potencial entre los dos electrodos de una pila galvánica. A cada uno de los pares redox conformados a partir de las correspondientes reacciones de oxidorreducción, se le asigna un determinado potencial, el potencial redox, a partir del cual puede obtenerse una medida de la fuerza oxidante o reductora de una sustancia. No es posible, sin embargo, efectuar medidas aisladas de los potenciales de los pares. Dado que solamente pueden medirse diferencias de potencial, debe determinarse de forma arbitraria el punto cero de la escala de potenciales. Para ello se considera el denominado electrodo normal de hidrógeno, que responde a la siguiente definición: El electrodo o semielemento normal de hidrógeno esta formado por una disolución de HCI 1M, con H+ 1M, a través de la cual pasa una corriente de hidrogeno gaseoso y en la que se halla sumergido un electrodo de platino. En este sistema redox se establece el par:

2H+ + 2e- H2 (Polo Positivo)

H2 2H+ + 2e- (Polo Negativo)

Según el sistema de representación de las pilas galvánicas, el electrodo normal de hidrogeno será:

(Pt) H2 / H+ (1M)

A este electrodo se le da un valor arbitrario de cero voltios. La medida del potencial o fuerza electromotriz de un par redox cualquiera frente al electrodo normal de hidrogeno permite establecer una escala relativa de potenciales.

El desarrollo de las reacciones de oxidación y reducción se ha establecido por convención que los electrodos negativos son aquellos en que los que se produce un desprendimiento de electrones, es decir, una oxidación. Así pues, el potencial de los pares en el que el reductor sea mas fuerte que el hidrogeno tomara signo negativo y el de aquellos pares cuyos oxidantes sean mas fuertes que el ion H+ , será de signo positivo. Para poder establecer comparaciones entre los diversos pares se define el potencial de un elemento en una disolución 1M de sus iones, al que se denomina potencia normal E°.

Referencias

http://www.mitecnologico.com/Main/ReaccionesDeOxidoReduccion

http://www.fisicanet.com.ar/biologia/metabolismo/ap05_oxido_reduccion.php

http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID=181944

http://www.alumno.unam.mx/algo_leer/Envejecimiento.pdf