1. Bioquímica estrés oxidativo

(1)

1. Bioquímica estrés oxidativo – Marta Fiter 2. Fisiopatología – Eva Castilla

3. Clasificación antioxidantes - Paula Fernández 4. Antioxidantes en alimentos - Pilar Montoya 5. Conclusiones

(2)

BIOQUÍMICA DEL

ESTRÉS OXIDATIVO

(3)

¿

Qu

_Qu

é

_é

es la oxidaci

_{es la oxidaci}

ó

_ó

n?

_n?

Reacción química donde un compuesto (combustible)

cede electrones a otro compuesto (O2, reducción)

Combustibles:

HC, grasas, proteínas, ácidos

(4)

Estr

é

s

oxidativo

(EO)

• Desequilibrio entre la producción de Radicales libres y el sistema de defensa antioxidante (AOX)

• Todas las células se mantienen en un estado reductor

Desbalance estado reductor normal  Efectos tóxicos

células  Alteración de estructura y función (peróxidos y RL)

• RL tiene la capacidad de transferir el e- a otros compuestos. Así se crean otros RL generando Rx en cadena que afectan progresivamente a los tejidos corporales

(5)

¿

Qu

é

es un radical libre (RL)?

 Molécula extremadamente inestable que contiene 1 o + e- no apareados en su última capa  gran poder reactivo

(oxida moléculas y las daña)

 Alteran el ADN, proteínas, carbohidratos y lípidos  base de muchas enfermedades

 Necesitamos O2 para producir energía

El exceso de O2 es peligroso porque se forman especies

reactivas intermedias durante su utilización  RL O2

o O2 puede ser reducido de forma incompleta (2% del O2

(6)

Fuentes

Exógeno: OH-, radiaciones,

xenobióticos de alimentos, hiperoxia-reperfusión,

polución, drogas,...

Endógeno: cél. Fagocíticas, tranporte

e- mitocondrial, reacciones complejo cit p450, NADPH oxidasa de mb, subproductos de rx. Enzimáticas, ...

(7)

Mecanismos de formaci

ó

n RL

1. Adición de un e-: “transferencia electrónica”.

0₂ + 1e-  (O₂·-) Radical anión superóxido

0₂ + H+  (H0₂) Radical hidroperóxido

H₂0₂ + 1e- + H+ _ _{(OH·) Radicales hidroxilo}

2. Pérdida de un protón:

RL de AG insaturados (linoleico, linolénico), R tioles (metionina, glutatión), R proteínas

3. Rotura hemolítica de un enlace covalente de cualquier

molécula:

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Activaci

ó

n del ox

í

geno

• La estructura electrónica del oxígeno hace que sea susceptible a reducciones parciales  ERO: Moléculas

muy pequeñas altamente reactivas debido a la presencia de electrones no apareados en una capa

•Se forman de forma natural como subproducto del metabolismo normal del O2

•Producto de la ruptura o excitación del O2: oxígeno

atómico, ozono y oxígeno en singlete

(9)

Tipos de RL y ERO

• Anión superóxido: O₂ + e- _ _O 2-. • Peróxido de hidrógeno: 2O₂-. _{+ 2H}+ _ _H 2O2 + O2 • Anión peróxilo • Peróxido de hidrógeno • Hidroperóxilo • Hidroxilo: H₂O₂ + O₂- _ _O 2 + HO- + HO. • Oxígeno singlete

(10)

RL y ER de otros

á

tomos y

mol

é

culas

• Derivados del nitrógeno: NO2 y NO • Derivados del azufre: RL tiol

• Derivados del carbono: radical oxidante(HO·) rx con aa, HC, AG,...

• RL de tipo ariloxilo (forma + general de los R fenólicos)

• Derivados del cloro: HOCl altamente reactivo (no es RL)

(11)

Dianas biol

ó

gicas

• Biomoléculas orgánicas de bajo peso molecular:

Vitaminas, HC (sist inmune), aa, CT,...

• Proteínas (histidina, metionina, cisteína, triptófanos...):

Enzimas (alt.función) proteínas estructurales (alt. Arquitectura celular)

• Ácidos nucleicos (ARN, ADN): potencial daño mutagénico

y cancerígeno.

• Activación génica (de factores de transcripción).

Inducción de genes

• AG insaturados (PUFA mb): Peroxidación lipídica  rx en cadena sobre la mb cel que provoca finalmente la alteración de estructura, fluidez y permeabilidad de las membranas celulares

(12)

(13)

Envejecimiento

Rotura cadenas ADN

(14)

Enfermedad de Parkinson

Fisiopatología: Pérdida de neuronas nigroestriadas

Evidencias de estrés oxidativo en Parkinson

o Sustancia negra: peroxidación lipídica y

o Pars compacta: Hierro en su forma de bajo peso molecular

aumentado

Conversión de peróxido de hidrogeno a radical hidroxilo

o Neuromelanina : depósito hierro  ERO

glutatión reductasa

(15)

Enfermedad de

Alzheimer

Fisiopatología: Depósitos de β-amiloide extracelular

Evidencias de estrés oxidativo en Alzheimer

o Acumulación de glutamato en el cerebro  Toxicidad

o Acumulación de grupos carbonilo en el cerebro

o Acumulación de productos de reacción Maillard

Productos de

(16)

Uso de antioxidantes en

Parkinson y

Alzheimer

 Hay evidencias de que existe relación entre el estrés oxidativo y el desarrollo de Parkinson y EA

 Antioxidantes pueden tener efecto protector en su desarrollo

PERO

o Los estudios que hay no son consistentes

o No está claro que su uso prevenga la aparición y frene

(17)

C

á

ncer

+ posibilidad de mutación + ruptura

(18)

Diabetes

Mellitus

Fisiopatología

• DM I: destrucción células β pancreáticas por autoinmunidad

• DM II:

Evidencias de estrés oxidativo en DM

o Diabéticos tienen menor concentración de antioxidantes o Hiperglucemia activa la vía de poliol:

Altera función celular:

Estrés oxidativo

No tienen un efecto significativo en la prevención y el

tratamiento pero reducen las complicaciones

resistencia a la insulina

disfunción células β pancreáticas

NADPH Glutation

(19)

Arteriosclerosis

Fisiopatología: Formación placas de ateroma en paredes arteriales

• Macrófagos + LDL = Cel. Espumosas

Evidencias de estrés oxidativo en arteriosclerosis:

o Macrófagos captan con mayor avidez LDL oxidada

o FR: HTA, DM o tabaquismo producen desequilibrio

oxidativo

o ERO inhiben el NO (potente VD)

Acumulación endotelial Migración Proliferación Hipertrofia de cel. musculares

 Los antioxidantes NO tienen un beneficio claro en todos los casos

(20)

CLASIFICACIÓN DE

LOS

(21)

 PROTEÍNAS DE ALTO PESO MOLECULAR - Endógeno

Ceruloplasmina, Transferrina, Lactoferrina, Ferritina, Haptoglobina, Hemopexina, Albúmina

 ENZIMAS ANTIOXIDANTES - Endógeno

Superóxido dismutasa (SOD), Catalasa (Cat), Glutatión reductasa (GSH Red), Glutatión peroxidada (GSH Px), Glutatión transferasa (GSH T)

 ANTIOXIDANTES DE BAJO PESO MOLECULAR - Exógeno

 Antioxidantes liposolubles: vitamina E o tocoferol, vitamina A, carotenoides,

quinonas, algunos polifenoles.

 Antioxidantes hidrosolubles: vitamina C o ácido ascórbico y algunos fenoles.

 MINERALES - Exógeno

Selenio, Zinc, Cobre

 OTROS

(22)

Prote

í

nas de alto peso molecular

Quelantes de transición limitando su capacidad de RL



CERULOPLASMINA

o Impide Reacción Fenton

Peroxidación lipídica



TRANSFERRINA

o Impide Inicio de la peroxidación lipídica

Catálisis de la formación de radicales libres



_{HAPTOGLOBINAS Y HEMOPEXINAS}

o Inhibición de peroxidación lipídica



ALBÚMINA

(23)

Enzimas antioxidantes



SUPERÓXIDO DISMUTASA (SOD) (+IMP)

o Anión superóxido  Peróxido de hidrógeno



CATALASA

o Peróxido de hidrógeno  Agua + Oxígeno



GLUTATION REDUCTASA/PEROXIDASA

(24)

Antioxidantes de bajo peso

molecular



VITAMINA E

o Mejor antioxidante liposoluble

o Supresor del daño oxidativo (membranas biológicas,

lipoproteínas, tejidos)

o Capacidad antioxidante: grupo –OH fenólico

 Quimiopreventivo + Anticarcinógeno



VITAMINA C

o Principal mecanismo antioxidante: Regeneración Vit. E o Destrucción de nitrosaminas

(25)



VITAMINA A

o Ejerce sus funciones mediante los metabolitos:

- Retinol

- Retinal

- Ácido retinoico

 Retraso del envejecimiento celular + Anticarcinógeno



CAROTENOIDES

o >600 moléculas (50 precursoras de Vitamina A) o En tejido humano:

- β-caroteno, α-caroteno, licopeno, luteína

(26)

FENOLES Y POLIFENOLES

(27)

MINERALES ANTIOXIDANTES



SELENIO

o Interviene en reacciones de: Destrucción de RL

Interacción Vitamina E  Anticarcinógeno



ZINC

o Previene la peroxidación lipídica o Estabiliza membranas



COBRE:

o Ejerce su papel antioxidante mediante:

o SOD (intra-/extracelular), metalotionina, ceruloplasmina

(28)

OTROS



COENZIMA Q10

o Transportador electrónico

o Disminuye la oxidación de los lípidos de membrana,

(29)

SINERGIA DE ANTIOXIDANTES



Protección oxidativa

que realizan unos antioxidantes

sobre otros



Ejemplos

o Vitamina C y ubiquinol regeneran Vitamina E

o Selenio y β-carotenos efecto sobre Vitamina E

(Mecanismo desconocido)



Efectividad

Combinación de antioxidantes >> Elevación de un antioxidante

(30)

ANTIOXIDANTES

PRESENTES EN LOS

(31)

Vitamina E (tocoferol)

liposoluble

 Aceites de semillas: (Se pierden cuando se refina el aceite) ◦ Aceite de germen de trigo

◦ Aceite de girasol ◦ Aceite de maíz ◦ Aceite de soja

◦ Aceite oliva virgen  Algunas margarinas

 Yema de huevo

 Cereales: arroz, arroz integral  Pescado:

◦ Pescado blanco: merluza

◦ Mariscos: calamares, langostinos, gambas ◦ Pescado azul: salmón, sardina

 Frutas: Uva, pera, aguacate

 Verduras y hortalizas: Tomate, pimiento, espinaca

 Frutos secos: almendra, pipas, avellanas, piñones, cacahuetes, pistachos  Legumbres: Judías blancas, pintas, garbanzos

(32)

Vitamina C (

Á

_Á

cido asc

_{cido asc}

ó

_ó

rbico)

_rbico)

Efecto protector frente al tabaco

La cocción de los alimentos que la contienen puede eliminar el 50% de esta vitamina.

En:

Frutos secos: nueces, pistacho

Carnes: Hígado de cerdo y lomo de cerdo

Lácteos: yogur natural, leche entera pasteurizada Legumbres: Lentejas, garbanzos

Verduras y hortalizas:

◦ Tomate

◦ Verduras de hoja verde (col, coliflor, repollos, espinacas) ◦ Pimiento rojo

Frutas:

◦ Guayaba (fruta más rica en vitamina C)

◦ Cítricos (naranja, mandarina, pomelo,..) ◦ Mango, kiwi, melón, papaya

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Vitamina A

Tienen efecto preventivo frente a la posible aparición de cánceres (de boca, estómago, colon, broncopulmonar y cuello uterino)

Mayor proporción diaria  alimentos de origen animal

•Alimentos de origen animal:

• Vísceras de animales (ternera, pollo, pavo, pescado) sobretodo el hígado

• Huevos

•Lácteos: leche, quesos (Cheddar), mantequilla

•Vegetales: zanahoria, brócoli, batata, col rizada, espinacas, calabaza

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Carotenoides

(35)

Coenzima Q 10 (

ubiquinona

)

Junto al ácido lipoico beneficiosa en arterioesclerosis y problemas inmunes

La contienen los siguientes alimentos:

Caballa

Salmón

Sardinas

Flavonoides

Beneficiosos para la arteriosclerosis y los procesos inflamatorios

Existen más de 3000. Entre los más estudiados:

• Polifenoles:

•Té verde

• Proantocianidinas:

•Vino tinto

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Selenio

 Carnes: Carne, vísceras

 Pescado: Atún, salmón, pescados, marisco

 Huevos

 Cereales integrales

 Levadura de cerveza, germen de trigo

Zinc

Nutriente que se relaciona con procesos de envejecimiento

•Carnes: Carne roja, vísceras

•Pescados: Pescados, marisco

•Lácteos: Quesos secos, curados

•Frutos secos: Almendras, nueces, avellanas

•Levadura de cerveza, germen de trigo, harina de soja

•Yema de huevo

(37)

Alimentos antioxidantes no

nutrientes

Producto Antioxidante

Té verde, té negro Polifenoles, catequinas

Café Esteres fenólicos

Vino tinto Ácido Fenólico

Cítricos y otras frutas Bioflavonoides, chalconas

Cebollas Quercetina, camferol

Aceitunas Polifenoles

Mezclas habituales en la dieta

• Licuados de vegetales y frutas:

• Perejil, piña y apio blanco • Tomate y culantro

• Tés

• Té verde, té negro, té de manzanilla, té de hierbabuena,…

• Ensaladas

• Ensalada de lechuga, pepino y tomate con limón

(38)

(39)

(40)

 Radicales libres (estrés oxidativo) alteran estructural y funcionalmente las células, dañando los tejidos corporales, pudiendo provocar diferentes enfermedades

• Grasas  Riesgos cardiovasculares

• Genes  Riesgo tumores

• Proteínas  envejecimiento y riesgo de enfermedades

degenerativas : Enfermedad de Parkinson,

Alzheimer,…

 Recomendación dieta equilibrada, rica en antioxidantes, (defensa contra la oxidación)  incidencia de enfermedades degenerativas

• + incidencia: población adulta (alimentación monótona con escasez de frutas y verduras)

• Suplementos ¿? Poca información sobre tipos y dosis

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