Ciencia para todos desde el CEBAS

José A. Hernández Cortés (Investigador Científico, CEBAS-CSIC, Murcia)

Como apuntamos en el capítulo anterior, el uso del oxígeno molecular (O2) como aceptor final de electrones en la respiración supuso un enorme beneficio para la evolución de la vida en la tierra. Sin embargo, la consecuencia de la transformación del O2 en agua (H2O) en el metabolismo celular es la formación de especies reactivas del oxígeno (ROS), intermedios muy tóxicos para los componentes celulares. El mismo O2 es en sí un radical libre, que presenta dos electrones desapareados. Esta situación hace que el oxígeno pueda aceptar electrones de uno en uno favoreciendo la aparición de dichos intermedios tóxicos del oxígeno.

Pero ¿quiénes son y que efectos tienen?

La reducción completa del O2 para formar agua (H2O), requiere 4 electrones (e) y 4 protones (H+). Este proceso puede ocurrir en pasos univalentes, generándose radicales superóxido (O2.-, cuando acepta un e), peróxido de hidrógeno (agua oxigenada, H2O2, cuando acepta otro e y dos H+), radicales hidroxilo (.OH, si acepta otro e y otro H+), y finalmente H2O, al aceptar un e y un H+ adicionales.

Así pues, la mayoría de las ROS se forman por transferencia de e. Sin embargo, hay otros que se generan por reacciones de transferencia de energía.

Como daños generales, las ROS provocan la inhibición de algunas enzimas, degradan las clorofilas, producen daños en membranas, daños en el ADN (pueden dar lugar a mutaciones puntuales), oxidan proteínas, etc…

En humanos, las ROS están implicadas en diferentes enfermedades como artritis reumatoide, hepatitis, Alzheimer, Parkinson, distrofia muscular, esclerosis múltiple, cataratas, degeneración macular, enfermedades autoinmunes, etc. En tejidos vegetales, aproximadamente un 1-2% del oxígeno total consumido conduce a la formación de ROS en condiciones normales. Por lo tanto, la formación de ROS es una consecuencia inevitable de la respiración. Este porcentaje es mayor en condiciones de estrés ambiental, estando las ROS implicadas en los daños celulares producidos en dichas situaciones.

Sin embargo, no todo es malo. La función de las ROS en el metabolismo es dual; resultan tóxicos para la célula cuando se acumulan en exceso pero a determinados niveles se ha demostrado que pueden funcionar como moléculas bio-señalizadoras en el crecimiento y desarrollo celular y en respuesta a situaciones estrés.

Más información acerca de las ROS

El O2.- es el primer producto de reducción del O2. Puede transformarse de forma espontánea, o por acción enzimática, en H2O2:

O2.- + O2.- + 2 H+   =   H2O2 + O2

En esta reacción un radical O2.- se reduce (hasta H2O2) y el otro radical O2.-  se oxida (hasta O2). Este proceso se conoce como dismutación, que implica que una misma molécula sufre reducción y oxidación en la misma reacción.

El superóxido puede ser protonado (aceptar un H+) para formar el radical perhidroxilo (HO2.-), que puede atravesar membranas y actuar como una molécula señalizadora.

El H2O2, aunque es una ROS, no es un radical libre (tiene sus electrones apareados). También puede atravesar membranas y tiene una vida media mayor que el de otras ROS. Estas dos características (mayor vida media y posibilidad de atravesar membranas) hacen que sea considerado como un bio-señalizador.

Sin embargo, la verdadera toxicidad de O2.- y H2O2 es su capacidad para generar .OH en presencia de metales de transición (como el Fe2+ o el Cu2+):

Fe2+ + H2O2  =  .OH + OH + Fe3+   (Reacción de Fenton)

A continuación, el O2.- recicla el ion ferroso (Fe3+) para producir Fe2+ y permitir que la reacción anterior pueda continuar:

O2.-  +  Fe3+     =     O2  + Fe2+

La suma de ambas reacciones se conoce como “Reacción de Haber-Weiss”:

O2.-  +  H2O2     =    .OH + OH  + O2 

El radical hidroxilo (.OH) es el oxidante más poderoso conocido en los sistemas biológicos, que unido a su bajísima vida media (1 ns), hace que sea muy tóxico. Puede reaccionar con cualquier molécula biológica en el momento en que se forma. Provoca mutaciones puntuales en el ADN, ataca a membranas (peroxidación de lípidos de membrana) y oxida proteínas. Un exceso de .OH, en última instancia, conduce a la muerte celular.

En el siguiente capítulo, hablaremos de los mecanismos de defensa que las plantas han diseñado para defenderse de las ROS.

Halliwell B, Gutteridge JMC (2003) Free Radicals in Biology and Medicine. Third Edition, Oxford University Press Inc, New York, ISBN 0 19 850044 0.

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

Nube de etiquetas

A %d blogueros les gusta esto: