TEMAS DE TOXICOLOGÍA Los antioxidantes

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1 TEMAS DE TXICLGÍA Los antioxidantes Francisco Hernández-Luis, María Elena Bravo, Perla Castañeda, Circe Mouret-Hernández Departamento de Farmacia, Facultad de Química, UNAM. INTRDUCCIN Los antioxidantes son sustancias que en concentraciones menores comparadas con el sustrato oxidable, detienen o previenen significativamente la oxidación de dicho sustrato. Los antioxidantes pueden ser de origen natural o sintético, ejemplos de ellos se muestran en la Tabla 1. La ubicación intracelular de los antioxidantes de origen natural se presenta en el Esquema 1. Los antioxidantes se pueden agrupar según sus funciones de protección celular como se muestra en la Tabla 2. La relación entre las especies reactivas (RS o RNS) y los antioxidantes en los humanos es compleja. Los mecanismos antioxidantes protectores no actúan de forma aislada, sino al parecer lo hacen en forma cooperativa y tienden a presentarse en forma de cascada. La importancia relativa de los antioxidantes depende de cuál, cómo y donde las especies reactivas son generadas. Por ejemplo, cuando el plasma se expone al ozono o N2, el ácido úrico actúa como antioxidante; en contraste, cuando el plasma se expone al HCl, la protección del ácido úrico es mínima. vitamina E y GSH glutatión transferasa catalasa retículo endoplásmico vitamina E y GSH metalotioneínas peroxisoma ADN núcleo lisosoma mitocondrias citoplasma vitamina E y GSH SD (Mn) glutatión transferasa ubiquinonas vitamina C y E GSH SD (Cu/Zn) glutatión transferasa ferritina melationeína carnosina anserina bicapa de membranas vitamina E vitamina C y E Esquema 1. Distribución de los antioxidantes intracelulares Tabla 1. Ejemplos de antioxidantes de origen natural y sintéticos. antioxidantes de origen natural: Superóxido dismutasa (SD), -tocoferol, ácido lipoico, vitamina C, adenosina, transferrina, lactoferrina, glutatión, carotenoides, flavonoides, desferrioxamina. antioxidantes sintéticos: tioles (por ejemplo, mercaptopropionilglicina, N-acetilcisteína), agentes quelantes (por ejemplo, hidroxipiridonas), inhibidores de xantina oxidasa, inhibidores de la generación de radical anión superóxido.

2 moléculas de uso clínico no diseñadas como antioxidantes: penicilamina, aminosalicilatos (solos o como componentes de la sulfasalazina), tetraciclinas, captopril, probucol, propofol, bloqueadores de Ca (II). Tabla 2. Sistemas de protección celulares contra el estrés oxidante Primarios Auxiliares Antioxidantes Antioxidantes glutatión (GSH) bilirrubina vitamina E ( -tocoferol) biliverdina cisteína vitamina C (ácido ascórbico) histidina ubiquinonas ácido lipóico ácido úrico carnosina Regenerador de antioxidantes anserina Enzimas de desintoxicación superóxido dismutasa catalasa peroxidasas /transferasa Secuestradores de metales extracelulares albúmina (Fe, Cu) transferrina (Fe) ceruplasmina (Cu) intracelulares ferritina (Fe) metalotioneina (Cu) glutationdisulfuro reductasa glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (fuente de NADPH) Exportadores acarreador de glutatión oxidado (GSSG) acarreador de conjugados de con glutatión (E-SG) En el ámbito de la peroxidación de lípidos, los antioxidantes se pueden clasificar en dos categorías: los inhibidores preventivos, los cuales retardan la fase de iniciación de la oxidación, y los inhibidores de la fase de propagación (antipropagadores). Los preventivos pueden inducir la descomposición de hidroperóxidos en compuestos inactivos; por ejemplo, catalasa, (GSH-Px), glutatión transferasa,, -tocoferol. Los antipropagadores interrumpen la auto-oxidación al reaccionar con radicales libres. Ejemplo de estos antioxidantes son vitamina C,, ácido úrico, fenoles, furfurales, furanonas. Es importante señalar que si un antioxidante protege contra la peroxidación de lípidos no necesariamente protegerá al ADN o proteínas de sufrir oxidación. 1. El glutatión como agente antioxidante. El glutatión (GSH) es un compuesto que la célula utiliza como agente de defensa. Por un lado, actúa como agente reductor en el metabolismo de H22 y peróxidos orgánicos; y por otro lado, actúa como nucleófilo para conjugarse con intermediarios electrofílicos. Como agente reductor se oxida formando un enlace disulfuro entre dos moléculas de este compuesto (GSSG). Este último se puede reducir para regenerar al GSH; por esta razón algunos investigadores le denominan el amortiguador redox. En organismos vivos, la oxidación es catalizada por varias enzimas, una de ellas es la (GSH-Px) dependiente de selenio; la reducción por su parte, es catalizada por la glutatión reductasa. Bajo condiciones de estrés oxidante, la velocidad de oxidación del GSH es mayor que la velocidad de Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social ( /16 280): Circe Mouret-Hernández 2

3 reducción, provocando que GSSG se acumule en el interior de la célula. Para evitar efectos dañinos por esta situación, tales como formación de enlaces disulfuros con grupos tioles proteicos, la célula excreta activamente GSSG, con la consecuente disminución de sus reservas de GSH. La GSH-Px actúa como la enzima más importante para eliminar al H22 e hidroperóxidos orgánicos (LH) de la célula. Las otras dos enzimas que utilizan glutatión como sustrato y que participan en los procesos de desintoxicación son la glutatión transferasa y la fosfolípido peróxido dependiente de selenio. Tabla 3. Enzimas que utilizan glutatión como sustrato y cofactores. Enzima Cofactores 2 GSH + H22 GSSG + H2 2 GSH + LH GSSG + LH + H2 glutatión transferasa (con actividad endoperoxidasa) 2 GSH + LH GSSG + L(H)2 + H2 GSH + aldehídos GS-alcanal fosfolípido peróxido- 2 GSH + RH GSSG + RH + H2 RH = fosfolípido, colesterol, colesterol hidroperóxido glutatión reductasa GSSG + NADPH + H + 2GSH + NADP + superóxido dismutasa 2 H22 catalasa 2 H22 H2 + 2 citocromo C peroxidasa RH RH + H2 Se(II) Se(II) Zn (II), Cu (I), Mn(II) Fe(II) Fe (II) 2. La vitamina E ( -tocoferol, VitE-H) como antioxidante La vitamina E es el principal antioxidante liposoluble en las membranas celulares. Además de prevenir el daño oxidante a la célula, esta vitamina bloquea la formación de nitrosaminas, protege al organismo de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) y reduce el daño por oxidación provocado por el ejercicio excesivo. El efecto fisiológico de la vitamina E, incluye: - el control de la fluidez de la membrana, - el incremento de ciertas respuestas inmunes mientras disminuye la quimiotaxis de los neutrófilos, - la reducción del daño isquémico por alteraciones cardiacas, - la agregación plaquetaria. Los sitios en donde la vitamina E actúa en el proceso de peroxidación de lípidos se muestran en el Esquema 2. Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social ( /16 280): Circe Mouret-Hernández 3

4 PLH H R R... INICIACIÓN H H H H PL. H H vitamina C dehidroascorbato Lyso-PLH Esquema 2. peroxidación de lípidos y protección por vitamina E PLH: fosfolípidos; LH: ácido graso hidroxilado; Vit E-H: vitamina E; (PL)-GSH-Px: (fosfolípido hidroperóxido); PLA 2: fosfolipasa A La vitamina C (ácido ascórbico, VitC-(H)2) como antioxidante La vitamina C es un sólido blanco cristalino, muy soluble en agua. En su estructura presenta dos grupos polares, con valores de pka de 4.25 y 11.8, respectivamente. De aquí que el monoanión (ascorbato) es la forma predominante en todos los compartimentos del organismo excepto en el jugo gástrico. PLA 2 PL-GSH-Px VitE-H (rápido) VitE-. VitE-H VitE aldehídos PL. PLH PL. PLH LH PLH (lento) PL. Fe(II) Fe(III) PLH La vitamina C dona un electrón para dar el semi-dehidroascorbato ( -VitC-H) también conocido como radical ascorbilo. El potencial estándar de reducción para el par semidehidroascorbato/ascorbato es de E = 0.28 V. La pérdida de un segundo electrón, convierte al semidehidroascorbato en dehidroascorbato (=VitC=). Este último es mucho menos reactivo que aquellos radicales que son eliminados por esta vitamina. Sin embargo se descompone dando lugar PL. a varios productos (Halliwell, B. 1999) PRPAGACIÓN La vitamina C está presente en el plasma humano en concentraciones de M. Niveles mayores se han reportado el fluido cerebroespinal y jugo gástrico. A nivel intracelular los niveles de esta vitamina suelen estar en el rango de los mm (Halliwell, B. 2001) Generalmente se acepta que la vitamina C (y posiblemente GSH) puede reducir al radical VitE- a VitE-H, formando dehidroascorbato (=VitC=). VitE-. + VitC-(H) 2 VitE-H +. -VitC-H. VitE- +. -VitC-H VitE-H + =VitC= Varias enzimas pueden regenerar vitamina C del dehidroascorbato usando NADH o GSH. Sin embargo, estas enzimas son intracelulares por lo que los niveles extracelulares de vitamina C disminuyen bajo condiciones de estrés oxidante. Un aspecto importante a señalar es que la vitamina C in vitro se comporta como agente pro-oxidante, de tal manera que cuando la vitamina C entra en contacto con metales de transición genera. H, por lo que se tiene que analizar su utilidad en la formulación de alimentos y poli-vitamínicos. VitC-(H) 2 + Fe(III) Fe (II) + H VitC-H H + + _ 2. + =VitC= 4. Algunos compuestos antioxidantes presentes en vegetales 4.1. Los flavonoides. Las frutas y vegetales constituyen una fuente rica de este tipo de compuestos. han recibido mucha atención en la prevención de enfermedades degenerativas. 2 Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social ( /16 280): Circe Mouret-Hernández 4

5 El contenido de flavonoides en el vino tinto ha sido utilizado para explicar lo que internacionalmente se conoce como la paradoja francesa. Esta nos indica de que los franceses sufren de menor incidencia de enfermedades coronarias a pesar de su consumo de tabaco y su dieta ricas en grasa Los compuestos polifenólicos como antioxidantes. En tiempos recientes se ha estado estudiando la capacidad antioxidante de los polifenoles presentes en algunas bebidas alcohólicas. A continuación se presentan los resultados obtenidos con los polifenoles presentes en la cerveza y en los vinos de mesa. En un primer estudio, se evaluó la capacidad antioxidante del plasma en tres grupos (de tres personas c/u) que tomaron: cerveza, cerveza sin alcohol y una solución de etanol (4.5% v/v). En cada individuo se tomaron muestras de plasma al tiempo 0, así como a 1 y 2h después de la ingestión. Los resultados se muestran a continuación: Tabla 5. Capacidad antioxidante del plasma después de administrar 500 ml de bebidas. T, h Cerveza, M Cerveza sin alcohol, M Solución de etanol, M 0 1,353 ± 320 1,341 ± 420 1,440 ± ,578 ± 282 1,453 ± 483 1,400 ± ,290 ± 312 1,464 ± 537 nd Capacidad antioxidante expresada en moles de radicales peroxilos atrapados por 1 L de plasma; ±: desviación estándar. Ghiselli, A. et al. Beer increases plasma antioxidant capacity in humans. J. Nutr. Biochem. 2000, 11, En relación a los vinos de mesa, los estudios se realizaron in vitro al incubar por 1 h, glóbulos rojos con 20 L de tres diferentes vinos. Se evaluó el % de hemólisis que presentaron los eritrocitos al inducirles estrés oxidante con H22. El vino tinto A presentó menor concentración de polifenoles que el vino tinto B. Son producidos con el mismo tipo de uva y de la misma región geográfica, Irpina, Italia. Sólo que en el vino Tipo A la maceración de las uvas fue muy pequeña. H R. R. RH RH. C 16 H 33 C 16 H 33 -tocoferol 1 2 radical -cromanoxilo R. toco H C 16 H 33 R C 16 H 33 1,4-cicloadición formación de aducto Esquema 3. Forma de eliminación de radicales libres por la Vitamina E. Tabla 6. Efecto antioxidantes de vinos de mesa. Tipo de vino % de Producción de hemolisis RS* control vino blanco vino tinto A (Novello) vino tinto B (Aglianico) *medidos por fluorescencia de diclorofluresceina, a.u. Tedesco, I., et al. Antioxidant effect of red wine polyphenols on red blood cells. J. Nutr. Biochem. 2000, 11, 114 Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social ( /16 280): Circe Mouret-Hernández 5

6 REFERENCIAS Halliwell, B.; Gutteride J.M.C. Free Radical in Biology and Medicine. 3 rd Edition xford University Press, xford UK Halliwell, B. Vitamin C and genomic stability. Mutation Research 2001, 475, McCall, M.R.; Frei, B. Can antioxidant vitamins materially reduce oxidative damage in humans? Free Radical Biology and Medicine 1999, 26(7/8), Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López, Servicio Social ( /16 280): Circe Mouret-Hernández 6