BIOQUÍMICA-1º de Medicina Dpto. Biología Molecular José C Rodríguez Rey OBJETIVOS
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- Rubén Reyes Paz
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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 nitrógenooxígeno (RNOS). Papel en los procesos inflamatorios. Defensas celulares contra las ROS. Enzimas antioxidantes. Antioxidantes no enzimáticos BIOQUÍMICA-1º de Medicina Dpto. Biología Molecular José C Rodríguez Rey TEMA 21 1 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 2
2 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 3 Las especies reactivas de oxígeno (ROS) se originan por reducción parcial de la molécula de oxígeno O O 1 e - 2 H +, 1e - O O H O O H Oxígeno (O 2 ) Radical Superóxido O 2 - Peróxido de hidrógeno H 2 O H +, 1e - H 2 O H +, 1e - O H Radical hidroxilo (OH) TEMA 21 4
3 El peróxido de hidrógeno como precursor del radical hidroxilo Reacción de Haber- Weiss Reacción de Fenton Superóxido Peróxido (Cu) Radical hidroxilo TEMA 21 Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. 5 Las formación de radical hidroxilo por las radiaciones ionizantes es la base de la radioterapia Radical hidroxilo átomo de hidrógeno TEMA 21 Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. 6
4 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 TEMA 21 Biochemistry. 4th Ed. Freeman 7 El CICLO Q (Complejo III) es una de las principales fuentes de ROS Oxidación de la primera QH2 O 2 O 2 - De Nelson et al. Principles of TEMA 21 Biochemistry. 4th Ed. Freeman 8
5 Las oxidasas son una fuente importante de radicales libres NADPH + H + NADP + FAD RH + O 2 FMN ROH + H 2 O 2e- 2e- Fe- Hemo NADPH-citocromo P450 Oxidorreductasa Citocromo P450 TEMA 21 9 EJEMPLOS DE ENZIMAS QUE GENERAN H 2 O 2 Monoamino Oxidasa (membrana mitocondrial de las neuronas) genera H 2 O 2 Xantina Oxidasa (citoplasma) Genera radical superóxido o H 2 O 2 Acido graso oxidasa de los peroxisomas TEMA 21 10
6 El óxido nítrico (EDRF) es un radical libre Arginina NOS Citrulina Oxido nítrico Peroxinitrito TEMA 21 Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. 11 Reacciones en cadena en la peroxidación lipídica A. Iniciación 2 C. Degradación B. Propagación (Peroxilo) malondialdehido Peróxido lipídico Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. TEMA 21 12
7 Efectos del radical hidroxilo sobre el ADN Guanina 8 hidroxi guanina Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. TEMA Efectos de los radicales libres Rº Peroxidación lipídica Formación de aldehidos Rº Alteración de la permeabilidad de las membranas Entrecruzamiento de proteínas (Pro, Arg, Cys, Met) Formación de nuevas especies reactivas (mitocondria) Formación de complejos lipidos- proteínas TEMA 21 14
8 LOS RADICALES LIBRES EN LA ENFERMEDAD DE PARKINSON TEMA 21 Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. 15 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 16
9 El Hemo B del complejo II (Succinato DH) actúa como un sumidero de electrones libres para prevenir la formación de radicales libres Unión al Substrato De Nelson et al. Principles of Biochemistry. 4th Ed. Freeman MATRIZ (N) HemoB Espacio Interm (P) TEMA El centro Fe- Cu B del citocromo a 3 previene la formación de radicales libres Espacio intermembranoso (p) (del sustrato) (bombeados) Matriz (N) De Nelson et al. Principles of TEMA Biochemistry. 4th Ed. Freeman
10 El centro de Fe- Cu de la citocromo oxidasa (complejo IV) disminuye la formación de peróxidos TEMA La Superóxido Dismutasa y la Catalasa son enzimas que degradan las especies reactivas de oxígeno Superóxido SOD Peróxido CATALASA Citosol: Cu + Zn 2+ (SOD1) Medio extracelular: Cu + Zn 2+ Mitocondria :Mn 2+ TEMA 21 20
11 La Superóxido Dismutasa y la Catalasa son enzimas que degradan las especies reactivas de oxígeno Superóxido SOD Peróxido CATALASA Citosol: Cu + Zn 2+ (SOD1) Medio extracelular: Cu + Zn 2+ Mitocondria :Mn 2+ TEMA Glutation reductasa y glutation peroxidasa eliminan peróxido de hidrógeno y peróxidos lipídicos Gly Cys Glutation peroxidasa (Citosol, mitocondrias) γ-glu Glutation peroxidasa Glutation reductasa Ruta de los fosfatos de pentosa TEMA 21 22
12 Terminación de la peroxidación lipídica por la vitamina E A. Iniciación C. Degradación 2 B. Propagación (Peroxilo) malondialdehido D. terminación Peróxido lipídico Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. TEMA Las vitaminas E y C como antioxidantes en la peroxidación lipídica α- tocoferol Radical ascorbilo LOO LOOH Radical tocoferilo Ascorbato LOO Tocoferil quinona LOOH Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. TEMA 21 24
13 El ascorbato se regenera por el poder reductor del glutation L- Ascorbato Radical ascorbilo Dehidro L- Ascorbato GSSG Dehidroascorbato DH (GSH) GSH Marks.Basic.Medical.Biochemistry. TEMA A. Ciclos de óxidorreducción de los compuestos antioxidantes Lípido tocoferilo ascorbato Glutation oxidado NADPH Peróxido lipídico α-tocoferol ascorbilo Glutation reducido NADP+ TEMA 21 26
14 Otras moléculas con propiedades antioxidantes β- caroteno Carotenoides maculares Zeaxantina Endógenos Luteína ACIDO URICO Flavonoides MELATONINA TEMA La formación de radicales libres es esencial en los procesos de fagocitosis oxidasa 1. Activación de NADPH oxidasa 2. Espontánea o por SOD 3. Mieloperoxidasa 4. Fenton 5. Induccion de la inos 6. Formación de peroxinitrito Bacteria Mieloperoxidasa Bacteria INVAGINACION DE LA MEMBRANA DEL NEUTROFILO Marks.Basic.Medical.Biochemistry.A. TEMA 21 28
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