Radicales libres y antioxidantes

El descubrimiento de los radicales libres y antioxidantes era para la ciencia médica como significativo en el extranjero como en el momento del descubrimiento de los microorganismos y los antibióticos porque los médicos no sólo reciben una explicación de muchos procesos patológicos, incluyendo envejecimiento, pero también métodos eficaces de tratar con ellos.

La última década estuvo marcada por los éxitos en el estudio de los radicales libres en los objetos biológicos. Estos procesos demostraron ser un vínculo metabólico necesario en la actividad vital normal del cuerpo. Participan en las reacciones de fosforilación oxidativa, en la biosíntesis de prostaglandinas y ácidos nucleicos, en la regulación de la actividad lipótica, en los procesos de división celular. En el cuerpo, los radicales libres se forman con mayor frecuencia durante la oxidación de los ácidos grasos insaturados, y este proceso está estrechamente relacionado con la oxidación lipídica peroxidante (LPO) de radicales libres.

¿Qué son los radicales libres?

Libre radical - una molécula o átomo que tiene electrón desapareado en una órbita exterior, que representa su agresividad y la capacidad no sólo para reaccionar con las moléculas de la membrana celular, sino también para hacerlos en radicales libres (reacción avalanche autosostenida).

El carbono que contiene el radical reacciona con el oxígeno molecular, formando un radical libre de peróxido del COO.

El radical peróxido extrae hidrógeno de la cadena lateral de ácidos grasos insaturados, formando un hidroperóxido de lípidos y otro carbono que contiene un radical.

Los hidroperóxidos de lípidos aumentan la concentración de aldehídos citotóxicos, y el carbono que contiene el radical soporta la formación de radicales de peróxido, etc. (a lo largo de la cadena).

Se conocen varios mecanismos de formación de radicales libres. Uno de ellos es el efecto de la radiación ionizante. En algunas situaciones, en el proceso de reducción de oxígeno molecular, se agrega un electrón en lugar de dos, y se forma un anión superóxido (O) altamente reactivo. La formación de superóxido es uno de los mecanismos de protección contra la infección bacteriana: sin radicales libres de oxígeno, los neutrófilos y los macrófagos no pueden matar a las bacterias.

La presencia de antioxidantes en la célula y en el espacio extracelular indica que la formación de radicales libres no es fenómeno incidental causada por la exposición a la radiación o toxinas ionizante, y constante que acompaña a la reacción de oxidación en las condiciones habituales. Los principales antioxidantes son las enzimas del grupo superóxido dismutasa (SOD), cuya función es catalizar el anión peróxido en peróxido de hidrógeno y oxígeno molecular. Dado que las superóxido dismutasas son ubicuas, es legítimo suponer que el anión superóxido es uno de los subproductos principales de todos los procesos de oxidación. Las catalasas y peroxidasas convierten el peróxido de hidrógeno formado durante el proceso de dismutación en agua.

La característica principal de los radicales libres es su actividad química inusual. Como si sintieran su defecto, intentan recuperar el electrón perdido, quitándolo agresivamente de otras moléculas. A su vez, las moléculas "ofendidas" también se vuelven radicales y comienzan a robarse, quitándoles electrones a sus vecinos. Cualquier cambio en la molécula, ya sea la pérdida o la adición de un electrón, la aparición de nuevos átomos o grupos de átomos, afecta sus propiedades. Por lo tanto, las reacciones de radicales libres que tienen lugar en una sustancia cambian las propiedades fisicoquímicas de esta sustancia.

El ejemplo más conocido de un proceso de radicales libres es el deterioro del petróleo (rancidez). El aceite rancio tiene un sabor y un olor peculiares, lo que se explica por la aparición en él de nuevas sustancias formadas durante las reacciones de radicales libres. Lo más importante es que los participantes de las reacciones de radicales libres pueden convertirse en proteínas, grasas y ADN de tejidos vivos. Esto conduce al desarrollo de una variedad de procesos patológicos que dañan los tejidos, el envejecimiento y el desarrollo de tumores malignos.

El más agresivo de todos los radicales libres son los radicales libres de oxígeno. Pueden provocar una avalancha de reacciones de radicales libres en el tejido vivo, cuyas consecuencias pueden ser catastróficas. Los radicales libres de oxígeno y sus formas activas (por ejemplo, peróxidos lipídicos) pueden formarse en la piel y en cualquier otro tejido bajo la influencia de la radiación UV, algunas sustancias tóxicas contenidas en el agua y el aire. Pero lo más importante es que las formas activas de oxígeno se forman con cualquier inflamación, cualquier proceso infeccioso que ocurra en la piel o en cualquier otro órgano, ya que son el arma principal del sistema inmune, mediante el cual destruye los microorganismos patógenos.

Es imposible esconderse de los radicales libres (también porque es imposible desaparecer de las bacterias pero de ellos se puede proteger). Hay sustancias que difieren en que sus radicales libres son menos agresivos que los radicales de otras sustancias. Habiendo entregado su electrón al agresor, el antioxidante no busca compensar la pérdida debida a otras moléculas, o más bien, lo hace solo en casos raros. Por lo tanto, cuando un radical libre reacciona con un antioxidante, se convierte en una molécula hecha y derecha, y el antioxidante se convierte en un radical débil e inactivo. Tales radicales ya son inofensivos y no crean un caos químico.

¿Qué son los antioxidantes?

"Antioxidantes" es un concepto colectivo y, al igual que conceptos como "antioblásticos" e "inmunomoduladores", no implica la pertenencia a ningún grupo químico particular de sustancias. Su especificidad es la relación más estrecha con la oxidación de lípidos de radicales libres en general y la patología de radicales libres en particular. Esta propiedad combina varios antioxidantes, cada uno de los cuales tiene sus propias peculiaridades de acción.

Los procesos de oxidación por radicales libres de los lípidos son de carácter biológico general y están en su repentina activación, según muchos autores, el mecanismo universal de daño celular en el nivel de la membrana. En la peroxidación de lípidos de los procesos en fase membranas biológicas causar aumento de la viscosidad y ordenando la bicapa de la membrana, las propiedades de la membrana de cambio de fase y reducir su resistencia eléctrica, y facilitar el intercambio de fosfolípidos entre dos monocapas (llamado fosfolípido flip-flop). Bajo la influencia de los procesos de peróxido, también hay una inhibición de la movilidad de las proteínas de membrana. En el nivel celular de la peroxidación lipídica acompañado por la hinchazón de la mitocondria, desacoplamiento de la fosforilación oxidativa (y en proceso avanzado - solubilizar estructuras de membrana), que es a nivel de todo el organismo se manifiesta en el desarrollo de la llamada patología de radicales libres.

Radicales libres y daño celular

Hoy se hizo evidente que la formación de radicales libres es uno de los mecanismos patogénicos universales para varios tipos de daños celulares, incluidos los siguientes:

• reperfusión de células después de un período de isquemia;
• algunas formas de anemia hemolítica inducidas por medicamentos;
• envenenamiento con algunos herbicidas;
• el manejo del tetracloruro de carbono;
• radiación ionizante;
• algunos mecanismos de envejecimiento celular (por ejemplo, la acumulación de productos lipídicos en la célula - de ceroides y lipofuscina);
• Toxicidad de oxígeno;
• aterogénesis debido a la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad en las células de la pared arterial.

Los radicales libres participan en los procesos:

• envejecimiento;
• carcinogénesis;
• daños químicos y medicamentos de las células;
• inflamación
• daño radioactivo;
• aterogénesis;
• toxicidad de oxígeno y ozono.

Efectos de los radicales libres

La oxidación de ácidos grasos insaturados en la composición de las membranas celulares es uno de los principales efectos de los radicales libres. Los radicales libres también dañan las proteínas (especialmente las proteínas que contienen tiol) y el ADN. El resultado morfológico de la oxidación lipídica de la pared celular es la formación de canales de permeabilidad polares, lo que aumenta la permeabilidad pasiva de la membrana para los iones Ca2 +, cuyo exceso se deposita en la mitocondria. Las reacciones de oxidación suelen ser suprimidas por antioxidantes hidrofóbicos, como la vitamina E y la glutatión peroxidasa. Los antioxidantes similares a la vitamina E que rompen las cadenas de oxidación se encuentran en las verduras y frutas frescas.

Los radicales libres también reaccionan con las moléculas en los ambientes iónicos y acuosos de los compartimentos celulares. En el medio iónico, el potencial antioxidante es retenido por moléculas de sustancias tales como glutatión reducido, ácido ascórbico y cisteína. Las propiedades protectoras de los antioxidantes se hacen evidentes cuando, cuando se agotan sus reservas en una célula aislada, se observan cambios morfológicos y funcionales característicos, debido a la oxidación de los lípidos de la membrana celular.

Los tipos de daño causado por los radicales libres se determinan no sólo la agresividad producido por los radicales, sino también características estructurales y bioquímicas de la persona expuesta. Por ejemplo, en el espacio extracelular radicales libres destruyen sustancia fundamental glicosaminoglicano de tejido conjuntivo, que puede ser uno de los mecanismos para la destrucción de las articulaciones (por ejemplo, artritis reumatoide). Cambio de la permeabilidad de los radicales libres (y por tanto la función barrera de) las membranas citoplasmáticas en relación con la formación de un aumento de los canales de permeabilidad, lo que conduce a la disrupción de las células de agua y la homeostasis de iones. Se cree que el suministro necesario de vitaminas y oligoelementos en pacientes con artritis reumatoide, en particular, la corrección de deficiencias de vitaminas y deficiencias de micronutrientes oligogalom E. Esto se debe a la inhibición de la peroxidación de activación apreciable demostrado y la actividad antioxidante, por lo que es la terapia importante complejo de inclusión con altos bioantioxidants actividad antirradical, a la que los antioxidantes son vitaminas (e, C y a) y oligoelementos selenio (se). También se muestra que el uso de dosis de vitamina E sintética, que se absorbe peor que el natural. Por ejemplo, dosis de vitamina E y 400 a 800 UI / día conducir a una disminución de las enfermedades cardiovasculares (53%). Sin embargo, se obtendrá la respuesta de la eficacia de los antioxidantes en grandes ensayos controlados (de 8000 a 40 000 pacientes) que se realizaron en 1997

Como fuerzas protectoras que mantienen la tasa de LPO a un cierto nivel, se aíslan los sistemas enzimáticos para inhibir la peroxidación por oxidación y los antioxidantes naturales. Hay 3 niveles de regulación de la tasa de oxidación de radicales libres. La primera etapa es anóxica, manteniendo una presión parcial de oxígeno bastante baja en la célula. Esto incluye principalmente enzimas respiratorias que compiten por el oxígeno. A pesar de la amplia variabilidad en la absorción de O3 en el cuerpo y la liberación de CO2, pO2 y pCO2 en la sangre arterial a partir de ella, la norma es bastante constante. La segunda etapa de defensa es anti-radical. Se compone de varias sustancias en el cuerpo (vitamina E, ácido ascórbico, ciertas hormonas esteroides, etc.), que interrumpen los procesos de LPO, interactuando con los radicales libres. La tercera etapa es el antiperoxido, que destruye los peróxidos ya formados con la ayuda de enzimas apropiadas o no enzimáticamente. Sin embargo, aún no existe una clasificación única y puntos de vista unificados sobre los mecanismos de regulación de la velocidad de las reacciones de radicales libres y la acción de las fuerzas de protección que aseguran la eliminación de los productos finales de LPO.

Se cree que, en función de la intensidad y duración de los cambios en la regulación de las reacciones de peroxidación de lípidos son: en primer lugar llevando reversible con posterior retorno a la normalidad, en segundo lugar, hacer una transición a otro nivel de autorregulación y en tercer lugar, algunos de los efectos de este mecanismo de autorregulación está desunido y, en consecuencia, conduce a la imposibilidad de ejercer funciones reguladoras. Esta es la razón por la comprensión de la función reguladora de las reacciones de peroxidación de lípidos en el contexto de la acción de un organismo de factores extremos, como el frío, una etapa necesaria de la investigación dirigida al desarrollo de métodos de control de procesos basados en la ciencia de la adaptación y la terapia combinada, la prevención y rehabilitación de las enfermedades comunes.

Uno de los más utilizados y efectivos es un complejo de antioxidantes, que incluye tocoferol, ascorbato y metionina. Analizando el mecanismo de acción de cada uno de los antioxidantes usados, se observa lo siguiente. Microsomas: uno de los principales lugares de acumulación en las células hepáticas del tocoferol introducido exógenamente. Como posible donador de protones, el ácido ascórbico puede actuar, que se oxida a ácido dehidroascórbico. Además, se muestra la capacidad del ácido ascórbico para interactuar directamente con el oxígeno singlete, un radical hidroxilo y un anión radical superóxido, y también destruir el peróxido de hidrógeno. También hay evidencia de que el tocoferol en los microsomas puede ser regenerado por tioles y, en particular, glutatión reducido.

Por lo tanto, el cuerpo tiene una serie de sistemas antioxidantes interrelacionados, cuyo papel principal es mantener reacciones oxidativas enzimáticas y no enzimáticas a un nivel estacionario. En cada etapa de desarrollo de las reacciones de peróxido hay un sistema especializado que implementa estas funciones. Algunos de estos sistemas son estrictamente específicos, otros, como la glutatión peroxidasa, tocoferol, tienen un mayor rango de acción y menos especificidad de sustrato. La aditividad interacción enzimática y sistemas antioxidantes no enzimáticos juntos proporciona resistencia a factores extremos que tienen propiedades pro-oxidantes, es decir. E. La capacidad de crear condiciones en el cuerpo, lo que predispone al desarrollo de las especies de oxígeno activadas y la peroxidación de lípidos activan reacciones. No hay duda de que la activación de las reacciones de LPO se observa bajo la influencia de una serie de factores ambientales en el cuerpo y procesos patológicos de diferente naturaleza. De acuerdo con V. Yu. Kulikov et al. (1988), dependiendo de los mecanismos de activación de las reacciones de LPO, todos los factores que actúan sobre el cuerpo se pueden dividir en los siguientes grupos con una cierta probabilidad.

Factores de la naturaleza fisicoquímica que promueven el aumento en los tejidos de precursores y activadores directos de reacciones de LPO:

• oxígeno bajo presión;
• ozono;
• óxido nítrico;
• radiación ionizante, etc.

Factores de naturaleza biológica:

• procesos de fagocitosis;
• destrucción de células y membranas celulares;
• sistema de generación de especies de oxígeno activado.

Los factores que determinan la actividad de los sistemas antioxidantes del organismo son de naturaleza enzimática y no enzimática:

• actividad de procesos asociados con la inducción de sistemas antioxidantes de naturaleza enzimática;
• factores genéticos asociados con la depresión de una enzima particular que regula las reacciones de LPO (deficiencia de glutatión peroxidasa, catalasa, etc.);
• factores alimentarios (falta de alimentos en tocoferol, selenio, otros oligoelementos, etc.);
• estructura de las membranas celulares;
• la naturaleza de la relación entre antioxidantes de naturaleza enzimática y no enzimática.

Factores de riesgo que potencian la activación de las reacciones de LPO:

• activación del régimen de oxígeno del cuerpo;
• el estado de estrés (frío, fiebre alta, hipoxia, efectos emocionales y dolorosos);
• hiperlipidemia.

Por lo tanto, la activación de las reacciones de peroxidación de lípidos en el cuerpo está estrechamente relacionado con el funcionamiento de transporte y utilización del oxígeno. Se debe prestar especial atención a los adaptógenos, entre ellos el Eleuterococo ampliamente utilizado. La preparación de la raíz de esta planta tiene un tónico, adaptogenic, anti-estrés, anti-ateroscleróticas propiedades, anti-diabéticos y otros, reduce la incidencia global, incluyendo la gripe. Al estudiar los mecanismos bioquímicos de acción de los antioxidantes en los seres humanos, animales y plantas expandido significativamente gama de estados patológicos para los que tratamiento utilizado antioxidantes. Los antioxidantes se han utilizado con éxito como un adaptógeno para la protección contra la lesión por radiación, el tratamiento de heridas y quemaduras, tuberculosis, enfermedades cardiovasculares, los trastornos neuropsiquiátricos, tumores, diabetes, y otros. Naturalmente, el aumento del interés en los mecanismos que subyacen a esta universalidad de la acción de antioxidantes.

Actualmente Experimentalmente se encontró que la eficacia de los antioxidantes se determina por su actividad en la inhibición de la peroxidación lipídica por la interacción con los radicales peroxi y otros que inician LPO, y también debido a los efectos de los antioxidantes en la estructura de la membrana para facilitar el acceso de oxígeno a los lípidos. LPO también puede cambiar con el sistema mediado de acción antioxidante a través de mecanismos neurohormonales. Se demuestra que los antioxidantes afectan la liberación del neurotransmisor y la liberación de hormonas, la sensibilidad de los receptores y su unión. A su vez, el cambio en la concentración de hormonas y neurotransmisores altera la intensidad de la peroxidación de lípidos en las células diana, lo que conduce al cambio tasa de catabolismo de los lípidos y, como consecuencia, un cambio en su composición. La relación entre la tasa de LPO y el cambio en el espectro de los fosfolípidos de membrana desempeña un papel regulador. Un sistema similar de regulación se encuentra en las membranas celulares de animales, plantas y organismos microbianos. Como es sabido, la composición y la fluidez de los lípidos de la membrana afectan la actividad de las proteínas de membrana, las enzimas y los receptores. A través de este sistema de la regulación de los antioxidantes actúan para reparar las membranas, alterado el estado patológico del cuerpo, normalizar su composición, la estructura y la actividad funcional. Cambio de actividad de la enzima de síntesis macromolecular y composición de la matriz nuclear como la composición de lípidos de la membrana inducidas por la acción de los antioxidantes puede explicarse por su impacto en la síntesis de ADN, ARN, proteínas. Al mismo tiempo, aparecieron en la literatura datos sobre la interacción directa de antioxidantes con macromoléculas.

Estos, así como la evidencia recientemente descubierta para la eficacia de los antioxidantes en concentraciones picomolares, ponen de relieve el papel de vías de receptores en sus efectos sobre el metabolismo celular. En el VE Kagan (1981) sobre los mecanismos de modificaciones estructurales y funcionales de las membranas biológicas se muestra que la dependencia de las reacciones de peroxidación de lípidos en las membranas biológicas depende no sólo de la composición de ácidos grasos (grado de insaturación), sino también en la organización estructural de la fase lipídica de las membranas (movilidad molecular de lípidos , fuerza de las interacciones proteína-lípido y lípido-lípido). Se ha encontrado que, como resultado de la acumulación de lípido productos de peroxidación de redistribución se produce en la membrana: disminuye la cantidad de líquido en biosloe liptsdov cantidad de proteínas y lípidos de membrana de lípidos inmovilizados reducirse aumentando el número de ordenada en biosloe (clusters). B.

Cuando se estudia la naturaleza, la composición y el mecanismo de la homeostasis del sistema antioxidante mostró que la manifestación de efectos dañinos de los radicales libres y compuestos de peroxilo dificulta complejo sistema antioxidante de varios componentes (AOS), que proporciona la unión y modificación de los radicales que impiden la formación o destrucción de peróxidos. Incluye: sustancias orgánicas hidrofílicas e hidrofóbicas con propiedades reductoras; Enzimas que soportan la homeostasis de estas sustancias; enzimas antiperoxido. Entre los antioxidantes son lípidos naturales (hormonas esteroides, vitaminas E, A, K, flavonoides y polifenoles, vitamina E, ubiquinona) y soluble en agua (tioles de bajo peso molecular, ácido ascórbico) de sustancias. Estas sustancias son trampas de radicales libres o destruyen compuestos de peróxido.

Una parte de los antioxidantes tisulares es hidrofílica, la otra es de naturaleza hidrófoba, lo que permite proteger simultáneamente contra los agentes oxidantes de moléculas funcionalmente importantes en las fases acuosa y lipídica.

La cantidad total de bioantiokisliteley crea en el tejido un "sistema antioxidante buffer" tiene una cierta capacidad y la relación de prooxidante y sistemas antioxidantes determina el llamado "estado antioxidante" del cuerpo. Hay muchas razones para creer que entre el antioxidante tejidos ocupan un lugar especial tioles. La confirmación de los siguientes hechos son: alta reactividad de los grupos sulfhidrilo, por lo que algunos tioles oxidados en una dependencia muy alta tasa de la velocidad de la modificación oxidativa de los grupos SH a radical en la molécula de su entorno. Esta circunstancia permite seleccionar de una variedad de grupo específico de tiol de los compuestos de sustancias fácilmente oxidables, antioxidantes que realizan funciones específicas: la reversibilidad de la oxidación de grupos sulfhidrilo en el disulfuro, lo que hace posible, en principio, mantenimiento energéticamente favorable de la homeostasis de antioxidantes tiol en la célula sin activar su biosíntesis; La capacidad de los tioles para exhibir ambos efectos anti-radicales y anti-peróxido. Tioles hidrófilos debido a su alto contenido en las células de la fase acuosa y la capacidad de proteger contra el daño oxidativo a las moléculas biológicamente importantes, enzimas, ácidos nucleicos, hemoglobina, y otros. Sin embargo, la presencia de compuestos de tiol grupos no polares permite manifestación de su actividad antioxidante en la fase celular de lípidos. Por lo tanto, junto con las sustancias de naturaleza lipídica, compuestos de tiol con afectación importante en la protección de las estructuras celulares de los efectos de factores oxidantes.

La oxidación en los tejidos del cuerpo también se ve afectada por el ácido ascórbico. Al igual que los tioles, forma parte de AOC y participa en la unión de radicales libres y la destrucción de peróxidos. El ácido ascórbico, cuya molécula contiene restos tanto polares como no polares, exhibe una interacción funcional estrecha con SH-glutatión y antioxidantes lipídicos, potenciando el efecto de este último y previniendo la LPO. Aparentemente, los antioxidantes tiol desempeñan un papel dominante en la protección de los componentes estructurales básicos de las membranas biológicas, como los fosfolípidos o inmersos en la capa lipídica de las proteínas.

A su vez, los antioxidantes solubles en agua - compuestos de tiol y ácido ascórbico - muestran su acción protectora principalmente en el ambiente acuático - el citoplasma de la célula o plasma sanguíneo. Debe tenerse en cuenta que el sistema sanguíneo es un entorno interno que juega un papel decisivo en reacciones de defensa inespecíficas y específicas, que afectan su resistencia y reactividad.

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Radicales libres en patología

Hasta ahora, la literatura discute el tema de las relaciones causa-efecto en los cambios en la intensidad de la lipoperoxidación en la dinámica del desarrollo de enfermedades. En opinión de algunos autores, la principal causa de estas enfermedades es la alteración de la estacionalidad de este proceso, mientras que otros creen que un cambio en la intensidad de la peroxidación lipídica es consecuencia de estos procesos patológicos iniciados por mecanismos completamente diferentes.

Los estudios realizados en los últimos años han demostrado que los cambios en la intensidad de la oxidación de los radicales libres acompañan a las enfermedades de diversas génesis, lo que confirma la tesis de la naturaleza biológica general del daño de los radicales libres a las células. Se acumularon pruebas suficientes de la participación patogénica del daño de los radicales libres en las moléculas, las células, los órganos y el cuerpo como un todo y el tratamiento exitoso con sus preparaciones farmacológicas que tienen propiedades antioxidantes.