SISTEMAS DE OXIDACIÓN - ENZIMÁTICO y NO ENZIMÁTICO

SISTEMA ANTIOXIDANTE

En los procesos metabólicos celulares del organismo, son esenciales las reacciones de oxidación. Estas reacciones involucran también la transferencia de electrones que producen radicales libres, situación es incompatible con la vida, a menos que existan en las células mecanismos de defensa que vayan a neutralizar a estos radicales libres. A lo largo de la evolución el organismo, ha adquirido mecanismos de defensa contra los radicales libres. Estos mecanismos intentan prevenir la producción de radicales libres, detener o retardar la reacción de oxidación en cadena que desencadena el radical, reparar los daños que causan a las macromoléculas o degradar las lesionadas. A estas defensas se les denomina SISTEMA DE DEFENSA ANTIOXIDANTE, encargadas de su neutralización. Sin embargo, cuando se rompe el equilibrio entre la producción y la neutralización, ya sea por aumentar la producción o disminuir la eficacia de las defensas antioxidantes, el exceso de los radicales libres representa un serio peligro para las células porque van actuar como agentes nocivos extraordinariamente agresivos, oxidando a una gran variedad de macromoléculas celulares. A esta situación de predominio o exceso de radicales libres se conoce como Estrés oxidativo que en el ser humano constituye una de las etapas que anteceden al desarrollo de muchas enfermedades ateroesclerosis, DM, Obesidad, Cáncer, psoriasis. Debemos ingerir antioxidantes en la dieta porque los que disponemos no son suficientes. Un antioxidante puede definirse como cualquier sustancia que presente a bajas concentraciones comparadas con las del sustrato, retrasa significativamente o previene la oxidación de dicho sustrato. El término "sustrato oxidable "incluye todo tipo de biomoléculas: glúcidos, lípidos, proteínas y DNA.

Clasificación

Los mecanismos antioxidantes suelen actuar de forma coordinada y ejercen su función en localizaciones subcelulares concretas. El antioxidante al colisionar con el radical libre, le cede un electrón oxidándose y transformándose en un radical libre débil no tóxico. No todos los antioxidantes actúan de esta manera, los llamados enzimáticos catalizan o aceleran reacciones químicas que utilizan sustratos que reaccionan con los radicales libres.

Esencialmente, las defensas antioxidantes, se dividen en dos grandes grupos: los enzimáticos y los no enzimáticos:

Sistema antioxidante enzimático

Constituye la primera y mejor línea de defensa contra los radicales libres, están presentes en el organismo de los seres vivos y protegen frente a las especies reactivas del oxígeno (RS0s) producidos durante el metabolismo.

Está integrado por tres enzimas principales que trabajan en cadena para desactivar selectivamente radicales libres: superóxido dismutasa, (SOD), catalasa (CAT) y glutatión peroxidasa (GPx); otras tres enzimas, glutatión reductasa (GR), glutatión-S-transferasa (GST) y Γ-glutamil cisteinil sintetasa (GCS), sin ser estrictamente enzimas antioxidantes, colaboran indirectamente con la GPx ya que contribuyen a regular el pool intracelular de glutatión reducido (GSH), uno de los principales antioxidantes celulares no enzimáticos.

1. Superóxido dismutasa. Junto con el glutatión peroxidasa, es una de las enzimas más activas.

Son proteínas que contienen metales que catalizan la remoción del anión superóxido O2-, transformándolo en peróxido de hidrógeno y oxígeno molecular como producto final. Hay tres isoformas: el superóxido dismutasa 1, localizada a nivel intracelular que usa el cobre y el cinc como cofactores; el superóxido dismutasa 2, localizada en la mitocondria que usa el magnesio como cofactor, y el superóxido dismutasa 3, extracelular, que usa el cobre y el cinc como cofactores.

Superóxido dismutasa 1.- Se localiza a nivel intracelular – Citosol.Usa el  Cobre y el Zinc como Cofactores.

*Mutaciones en el gen del superóxido dismutasa 1 (SOD1)

• Está relacionada con la forma dominante de la Esclerosis Lateral Amiotrófica. Es una enfermedad progresiva del sistema nervioso que afecta las células nerviosas en el cerebro y la médula espinal, y causa pérdida del control muscular, hay debilidad muscular, causa desconocida
• Uso de SOD Cu Zn humana recombinante en aerosol para incrementar la pantalla antioxidante de la superficie epitelial respiratoria

PIEL- ENVEJECIMIENTO.- El superóxido dismutasa 2 se ha encontrado en la piel y se sabe que la exposición repetitiva a la radiación UVA aumenta su producción. En la piel también es capaz de proteger contra la fragmentación del colágeno de tipo I y de inhibir la activación de colagenasas; además, tiene propiedades antiinflamatorias y disminuye el daño producido por la radiación UV.

Este peróxido de hidrógeno no es un radical libre pero tiene la propiedad de reaccionar muy rápidamente con 2 iones: ferroso y cuproso y así generar el radical hidroxilo, que es una especie muy reactiva de oxígeno y muy perjudicial para la célula. Para evitar esta reacción actúa otra enzima que es la CATALASA que tiene la capacidad de descomponer a este peróxido de hidrógeno.

1. Catalasa. Es una enzima tetramérica que cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua. Está presente en la mayoría de las células eucariotas, contiene hierro en su sitio activo y se localiza en los peroxisomas (o en el citosol de los glóbulos rojos); en células sin peroxisomas es una enzima citosólica; además del peróxido de hidrógeno es capaz de neutralizar peróxidos lipídicos, transformándolos en alcoholes inertes. Es una dismutasa, por lo que no necesita cofactores. Elimina el H2O2 en la piel y su actividad se disminuye después de la exposición a radiación UVA y UVB.

Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas, con una sola membrana, y se encuentran en la mayoría de las células eucariotas. ​​ Se trata de un orgánulo oxidativo donde, el oxígeno molecular actúa como cosustrato para la formación de peróxido de hidrógeno (H2O2).

Glutatión peroxidasa. Es la enzima más importante para eliminar peróxidos en las células de los mamíferos, desarrollando múltiples funciones para la protección de los tejidos frente al daño oxidativo, preservando el ambiente intracelular en un estado reducido.

Su síntesis de novo se produce principalmente en el hígado (90 %).

Protege a los tejidos frente al daño oxidativo, preservando el ambiente intracelular en un estado reducido.

• Tiene varias formas enzimáticas, la tetramérica requiere de selenio para su actividad, tiene la propiedad de eliminar hidroperóxidos y peróxido de hidrógeno, su localiza en la mitocondria y la dimérica y no posee selenio, su actividad consiste en eliminar hidroperóxidos orgánicos.

Hay 3 enzimas No antioxidantes que colaboran con el glutatión peroxidase (GPx)

1. Glutatión reductasa (GR)                                

2. Glutatión-S-transferasa (GST)                      

3. Γ-glutamil cisteinil sintetasa (GSC)

Contribuyen a regular el Pool intracelular de glutatión reducido (GSH), uno de los principales antioxidantes celulares no enzimáticos

• La Glutation peroxidasa necesita Glutation (GSH) como cofactor, el cual, en presencia de radicales libres, se oxida bajo el control de la enzima convirtiéndose en glutatión oxidado (GSSG).

Glutation reductasa (GR) regenera los depósitos intracelulares del Glutation (GSH), a partir de la Glutation oxidado (GSSG) y el poder reductor, el NADPH proveniente del ciclo de las pentosas.

La importancia de esta reacción radica en el hecho de que el glutatión reducido se encuentra en concentraciones limitadas en las células, por tanto si se eleva la relación glutatión oxidado/glutatión reducido, condición altamente tóxica en la célula, la actividad de esta enzima resulta muy beneficiosa para la célula.

La glucosa 6 fosfato deshidrogenasa cataliza una de las reacciones del ciclo de las pentosas en la que obtiene NAPH.H+.

La deficiencia de la Glucosa 6 fosfato deshidrogenasa desencadena la lesión oxidativa en el eritrocito debido a que limita la producción de NAPH.H+ necesario para regenerar el glutatión reducido.

• El glutatión es un tripéptido no proteínico constituido por tres aminoácidos: glutamato, cisteína y glicina. Es la única enzima humana que utiliza selenio como cofactor

La defensa antioxidante en el ser humano está constituida principalmente por el glutatión, que es un tripéptido constituido por glutamato, glicina y cisteína, cuya capacidad reductora radica en su grupo sulfhidrilo. El glutatión puede actuar por la propiedad que tiene de impedir la oxidación de aquellas proteínas que poseen como grupos esenciales a grupos sulfhidrilo, pero también el glutatión tiene la propiedad de reaccionar directamente con el anión superóxido y con el radical hidroxilo.

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