Sistemas de Defensa Antioxidante y Especies Reactivas de Oxígeno
Las especies reactivas de oxígeno (ERO) son formas de oxígeno parcialmente reducidas o activadas —incluyendo el superóxido, el peróxido de hidrógeno y el radical hidroxilo— producidas como subproductos del metabolismo aeróbico y por enzimas específicas. Los sistemas de defensa antioxidante son los mecanismos enzimáticos y de moléculas pequeñas que limitan las ERO, reparan el daño que causan y mantienen el estado redox celular dentro de un rango funcional.
Definition
Las especies reactivas de oxígeno son moléculas y radicales reactivos derivados del oxígeno generados durante el metabolismo; los sistemas de defensa antioxidante son los mecanismos enzimáticos y no enzimáticos coordinados que neutralizan estas especies o reparan el daño oxidativo, manteniendo la homeostasis redox.
Scope
Este tema abarca las principales fuentes de especies reactivas de oxígeno, la química que las hace dañinas, las defensas enzimáticas (superóxido dismutasa, catalasa, sistemas de glutatión y tiorredoxina) y los antioxidantes de molécula pequeña que las contrarrestan, así como el concepto de estrés oxidativo como un desequilibrio redox. Se tratan estos aspectos como fundamentos bioquímicos que sustentan el estudio más amplio de los antioxidantes dietéticos.
Core questions
- ¿De dónde provienen las especies reactivas de oxígeno en la célula?
- ¿Qué sistemas enzimáticos y de moléculas pequeñas las eliminan o desintoxican?
- ¿Cómo se relaciona el concepto de estrés oxidativo con la señalización redox?
- ¿Por qué los metales de transición como el hierro son importantes en la química de radicales?
Key concepts
- Superóxido, peróxido de hidrógeno, radical hidroxilo
- Transporte de electrones mitocondrial como fuente de ERO
- Superóxido dismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa
- Sistemas redox de glutatión y tiorredoxina
- Química de Fenton y catálisis por metales de transición
- Daño oxidativo a lípidos, proteínas y ADN
Key theories
- Estrés oxidativo como desequilibrio redox
- El estrés oxidativo se define como una alteración en el equilibrio prooxidante/antioxidante a favor de los prooxidantes, lo que puede conducir a daño; el planteamiento enfatiza tanto el nivel de ERO como la capacidad de las defensas.
- Señalización redox
- La producción controlada y localizada de especies como el peróxido de hidrógeno sirve como un mecanismo de señalización reversible, por lo que las ERO tienen funciones tanto fisiológicas como patológicas.
Mechanisms
El transporte de electrones mitocondrial filtra electrones al oxígeno, generando superóxido, que es dismutado a peróxido de hidrógeno por la superóxido dismutasa. El peróxido de hidrógeno es eliminado por la catalasa y por los sistemas de glutatión y tiorredoxina peroxidasa; en presencia de hierro o cobre redox-activos, puede, en cambio, producir el radical hidroxilo altamente reactivo a través de la química tipo Fenton, que oxida lípidos, proteínas y ADN. Más allá de la eliminación, los sistemas de glutatión y tiorredoxina regeneran antioxidantes reducidos y mantienen el estado redox de los tioles proteicos. Dado que algunas ERO actúan como moléculas señalizadoras, las defensas modulan la señalización redox en lugar de abolirla por completo.
Clinical relevance
El estrés oxidativo está implicado mecánicamente en el envejecimiento y en muchas afecciones crónicas, y los marcadores de daño oxidativo se miden ampliamente en la investigación biomédica. Esta entrada describe la bioquímica subyacente para apoyar la interpretación de dicha investigación; no proporciona umbrales diagnósticos ni orientación terapéutica.
Evidence & guidelines
La comprensión de las fuentes de ERO y las enzimas antioxidantes se basa en una extensa literatura mecanicista y bioquímica; la perspectiva de la señalización redox ha moderado las expectativas anteriores de que simplemente aumentar los niveles de antioxidantes es uniformemente protector. Aquí no se emite ninguna guía clínica.
History
El reconocimiento de que el metabolismo del oxígeno produce radicales dañinos se desarrolló a partir de la biología de los radicales libres de mediados del siglo XX y se consolidó con la síntesis de la bioquímica de los radicales libres de Halliwell y Gutteridge. Trabajos posteriores, incluyendo descripciones detalladas de la producción mitocondrial de ERO y de la señalización redox, refinaron el modelo de daño simple a uno que distingue el estrés oxidativo dañino del control redox fisiológico.
Debates
- ¿Son las especies reactivas de oxígeno principalmente agentes dañinos o moléculas señalizadoras?
- Una vez consideradas principalmente como subproductos dañinos, las ERO ahora también se entienden como segundos mensajeros regulados, por lo que el campo debate cómo separar la señalización redox fisiológica del estrés oxidativo patológico.
Key figures
- Barry Halliwell
- John Gutteridge
- Wulf Dröge
- Michael P. Murphy
Related topics
Seminal works
- droge-2002
- valko-2006
- halliwell-gutteridge-2015
Frequently asked questions
- ¿Son siempre dañinas las especies reactivas de oxígeno?
- No. A niveles altos o incontrolados, dañan lípidos, proteínas y ADN, pero a niveles bajos y regulados, especies como el peróxido de hidrógeno actúan como moléculas señalizadoras en la función celular normal.
- ¿Cuáles son las principales defensas antioxidantes enzimáticas?
- La superóxido dismutasa convierte el superóxido en peróxido de hidrógeno, que luego es descompuesto por la catalasa y por los sistemas de glutatión y tiorredoxina peroxidasa; estas enzimas trabajan en conjunto para limitar las especies reactivas de oxígeno.