Efecto de los radicales libres: reacciones de oxidación

La presencia de gran cantidad de sustancias de carácter antioxidante en las células de los tejidos, procedentes tanto de fuentes endógenas como exógenas, ayuda a controlar el estrés oxidativo in vivo. Sin embargo, la neutralización y eliminación de los radicales de oxígeno por parte de los antioxidantes no es un mecanismo eficiente al 100%, con lo que aparece un cierto nivel de daño oxidativo que afecta a todos los tipos de macromoléculas biológicas: tanto a los lípidos (Abuja and Albertini 2001) (Remita 2001) como a las proteínas (Schacter 2000) (Linton, Davies et al. 2001) y al ADN (Box, Dawidzik et al. 2001) (Chatgilialoglu and O'Neill 2001), habiéndose encontrado una

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asociación entre el proceso de envejecimiento y un aumento en el daño que las ROS producen en las macromoléculas en una gran variedad de tejidos (Sohal and Weindruch 1996) (Beckman and Ames 1998) (Grune and Davies 2001), como ya ha sido comentado. Más concretamente, son los tejidos compuestos por células postmitóticas, tales como el cerebro y el corazón, aquellos que tienden a acumular mayores cantidades de daño con respecto a aquellos tejidos constituídos por células premitóticas (Sohal, Agarwal et al. 1994) (Sohal and Weindruch 1996).

No obstante, el daño oxidativo no se limita al ataque directo de las ROS, sino que también tienen lugar reacciones cruzadas entre productos de peroxidación de diferentes macromoléculas. Esto se produce con especial frecuencia en el caso de la peroxidación lipídica, que puede llevar finalmente a daño en las proteínas o en el ADN (Marnett 2000) (Blair 2001).

● Daño peroxidativo a lípidos

Los procesos de degradación de lípidos fueron los primeros que se detectaron como consecuencia del daño producido por los radicales libres. Dichos procesos afectan a los lípidos de membrana (tanto plasmática como de los orgánulos intracelulares) y en muchos casos también a las proteínas de membrana plasmática.

La peroxidación lipídica conlleva una serie de reacciones intramoleculares y de descomposición que dan lugar a la formación de endoperóxidos cíclicos y aldehídos insaturados. Estos últimos son reactivos y pueden actuar como agentes mutágenos (Marnett, Hurd et al. 1985) o inactivando diversas enzimas (Szweda, Uchida et al. 1993). Asimismo, dicha peroxidación provoca un aumento en la viscosidad de las membranas, una fragmentación de los ácidos grasos (con la consiguiente aparición de productos de degradación como el Malondialdehído o MDA) y una disminución de su resistencia eléctrica, facilitándose en consecuencia el intercambio entre las dos monocapas, con lo que aumentan los entrecruzamientos con proteínas y se produce la disminución de la movilidad lateral y rotacional de las mismas (Chen and Yu 1994).

Estudios recientes empleando técnicas de cromatografía líquida de alta resolución han demostrado un aumento en los niveles de peroxidación lipídica con la

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edad, tanto en humanos (Miyazawa, Suzuki et al. 1996) (Kinoshita, Oikawa et al. 2000) como en roedores (Tahara, Matsuo et al. 2001) (Alvarado, Álvarez et al. 2005).

● Daño peroxidativo a proteínas

La oxidación de las proteínas es un proceso que está menos caracterizado que el de las otras macromoléculas. Las principales modificaciones oxidativas que sufren las proteínas incluyen la oxidación de grupos sulfhidrilo, las reacciones con aldehídos, los entrecruzamientos proteína-proteína y la fragmentación peptídica (Stadman and Berlett 1997) (Stadtman and Levine 2000). Cuando la proteína dañada es una enzima, generalmente tiene lugar una pérdida de su actividad, convirtiéndola en una forma altamente susceptible de sufrir degradación proteolítica por parte de proteasas citosólicas (Davies 1987) (Davies and Delsignore 1987) (Davies, Delsignore et al. 1987).

El daño oxidativo a proteínas aumenta con el envejecimiento (Merker, Stolzing et al. 2001). Esto se ha comprobado en una gran variedad de células y tejidos, incluyendo fibroblastos (Oliver, Ahn et al. 1987), cerebro (Carney, Starke-Reed et al. 1991) (Smith, Carney et al. 1991), hígado (Starke-Reed and Oliver 1989), músculo esquelético (Mecocci, Fano et al. 1999) y corazón (Leeuwenburgh, Wagner et al. 1997).

● Daño peroxidativo al ADN

El efecto más deletéreo del ataque oxidativo de los radicales libres se produce en el ADN, cuyo sistema de reparación es mucho más complejo que el del resto de las macromoléculas, lo que da lugar a la generación de mutaciones y alteraciones genómicas. Se considera como daño al ADN a todas aquellas modificaciones que alteran sus propiedades codificadoras o su normal replicación y transcripción, tales como: deleciones, translocaciones, descenso en las metilaciones, aparición de puentes cruzados entre cadenas de ADN o entre ADN y proteínas, fragmentaciones, roturas simples o dobles de la cadena y modificación de las bases (Bohr and Anson 1995) (Box, Dawidzik et al. 2001).

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Al igual que sucede en los lípidos y en las proteínas, el radical hidroxilo es el iniciador más importante del daño al ADN. El H2O2 y el O2- no son capaces de dañarlo directamente, sino de forma indirecta por reacciones con metales de transición. A pesar de ello, el H2O2 desempeña un papel importante en el daño al ADN nuclear, ya que al ser una molécula sin carga es capaz de atravesar las membranas y difundir desde su lugar de generación hasta el núcleo, reaccionando allí con los metales asociados a la cromatina (como el cobre) y provocando la aparición de radicales (Altman, Zastawny et al. 1995).

Tanto el ADN nuclear como el mitocondrial son susceptibles de sufrir el ataque por radicales libres, aunque el daño al ADN mitocondrial se considera más importante a la hora de determinar la longevidad máxima de las especies (Barja, Cadenas et al. 1994). Y es que este último sufre un daño más intenso debido en gran parte a su localización cerca del principal lugar de producción de radicales, la cadena respiratoria mitocondrial. Pero además de las diferencias en cuanto a su localización, el ADNmt contiene una mayor densidad de información que el ADN nuclear y no presenta intrones, por lo que cualquier alteración afectará siempre a información codificante funcional. El hecho de que además no presente histonas que lo protejan (Richter 1995) y tenga una menor tasa de recambio le lleva en última instancia a tener una tasa de mutación mucho más elevada que la del ADN nuclear (Barja 2004 (b)). Y dado que la información codificada en el ADNmt es esencial para el buen funcionamiento de la cadena de transporte electrónico en esta organela, la presencia de mutaciones o daños podría dar lugar a una alteración en la cadena respiratoria, lo que conllevaría un incremento en la producción de radicales y se generaría así un círculo vicioso (Bandy and Davison 1990).

Con el envejecimiento se ha detectado un incremento, tanto en humanos como en roedores, en el daño al ADN nuclear y mitocondrial en cerebro, hígado, corazón y macrófagos peritoneales (Sohal, Agarwal et al. 1994) (Sohal, Agarwal et al. 1995) (Kaneko, Tahara et al. 1996) (Lezza, Mecocci et al. 1999) (Herrero and Barja 2001) (De la Fuente, Hernanz et al. 2004). Este aumento en el daño al ADN también se ha descrito

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en leucocitos peritoneales de ratón en un modelo de envejecimiento prematuro (De la Fuente, Hernanz et al. 2004) (Alvarado, Álvarez et al. 2006).