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El modo como un xenobiótico ejerce sus efectos es cuestión fundamental en todo estudio de toxicidad, sin embargo muchos de ellos con vastas investigaciones aún quedan en el terreno especulativo [27]. Dos de las teorías más
importantes son la modificación covalente y el estrés oxidativo. Hace cinco décadas
Miller y Miller en sus estudios de colorantes cancerígenos, observaron la unión covalente de compuestos químicos a macromoléculas tisulares. Actualmente existe una larga lista de compuestos que suponen este tipo de toxicidad [10, 20]
El estrés oxidativo se expresa principalmente por la lipoperoxidación y la oxidación celular del tripéptido glutatión [27]. Para este caso existen diversos sistemas enzimáticos capaces de reducir los niveles celulares de los
intermediarios reactivos del oxígeno o hidroperóxidos orgánicos producidos por un ciclo
rédox.
El papel del oxígeno es clave en este proceso. Este elemento es una especie única que no se comporta en algunos casos como una molécula sino como dos radicales libres ligados, y juega en todo el ambiente biológico, un rol decisivo, para
iniciar y propagar el estrés oxidativo [14, 17, 19, 42].
La reacción central en la cascada para la producción de metabolitos reactivos del oxígeno es la reducción del oxígeno molecular al radical
superóxido, reacción que puede ser catalizada por diversas oxidasas. Este proceso denominado ciclo
rédox es corto pero es acelerado por la interacción con especies
prooxidantes como las quinonas [8, 33].
En el medio acuoso a pH neutro, las soluciones de superóxido decaen a peróxido de hidrógeno. La protonación del superóxido produce un radical hidroperoxilo, de mayor reactividad comportándose como un oxidante más fuerte [8].
La química del superóxido en un medio aprótico sirve de modelo en el ambiente químico de las membranas biológicas y acompaña a cuatro modos básicos de acción:
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Transferencia de un electrón (el más común)
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Sustitución nucleofílica.
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Deprotonación.
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Abstracción de un átomo de hidrógeno.
Una vez formado en el medio biológico sufre una variedad de reacciones químicas y metabólicas que lleva a otros metabolitos reactivos: [54]
Químicamente los metabolitos reactivos del oxígeno (MRO) poseen diferentes reactividades y vidas medias. El peróxido de hidrógeno se comporta como un agente oxidante débil, es más liposoluble que el superóxido lo que
le permite moverse más rápidamente entre los compartimentos biológicos [8, 42]
Los metabolitos OH, 1O2 y RO- son tan reactivos y de vidas medias tan efímeras
(10-9 s) que reaccionan con constantes de velocidad cercanas a las limitadas por difusión y pueden reaccionar potencialmente con cualquier molécula biológica [8, 41].
El oxígeno singlete puede reaccionar como nucleofílico o electrofílico. La formación de este oxígeno incrementa la reactividad de la molécula debido a que alivia la restricción del spín. [41, 42]
El radical hidroxilo es único, porque constituye el único radical oxi que formado cerca del DNA puede añadirse a
sus bases y abstraer átomos de hidrógeno de la hélice del DNA, debido a una combinación de
alta electrofilicidad y alta reactividad termodinámica [12].
La lipoperoxidación, es un proceso que se produce normalmente a bajos niveles en todas las células y
tejidos. Implica conversión oxidativa de ácidos grasos insaturados a productos principales conocidos como hidroperóxidos lipídicos o lipoperóxidos y una variedad de productos secundarios [31].
La lipoperoxidación también ocurre por procesos controlados enzimáticamente (lipooxigenasa,
cicloxigenasa). Bajos niveles de este proceso peroxidativo son
esenciales a muchos procesos celulares normales en que pequeñas cantidades de
lipoperóxidos y productos de escisión semiestables actúan, como mensajeros
intra y extracelulares. Cualquier desbalance o desequilibrio entre fuerzas prooxidantes y antioxidantes en el que predominan
las primeras, puede ampliamente definirse como estrés oxidativo [31].
Los sitios primarios de reacción de la lipoperoxidación implican la participación de los ácidos grasos poliinsaturados y colesterol asociados a membranas y tioles de proteínas integrales. Esto altera la fluidez y las características de permeabilidad de la membrana celular
e inducen eventualmente a extensas zonas de daño en membranas.
Esta injuria puede propagarse localmente o a lugares distales al
sitio de inicio, que se refleja mediante incremento de la lipoperoxidación a nivel sanguíneo, en los niveles de LDL circulante, etc. [39].
De lo anteriormente descrito es indudable que toda célula viva posee los requerimientos y condiciones necesarios para que el proceso de estrés oxidativo ocurra, los cuales son: abundancia de lípidos, aún más los insaturados, el ambiente inundado de
oxígeno, catalizadores como metales de transición, temperatura, humedad, movimiento [22], de modo que nada
impide que ello suceda; sin embargo si todo lo expuesto ocurriera de manera dramática como se ha descrito, probablemente no existiría ser viviente aeróbico; para superar estas condiciones desfavorables, todo organismo cuenta con un complejo mecanismo antioxidante de defensa
interrelacionando a nivel celular y molecular que actúa permanentemente para garantizar la
integridad estructural.
Salvaguardando el complejo sistema de defensa antioxidante, pero con
el fin de conocer en forma más sencilla las principales defensas con que
cuenta una célula se identificará algunos de los principales.
| DEFENSAS ANTIOXIDANTES PRIMARIAS:
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SUPERÓXIDO DISMUTASA (SOD)
(E. C. 1.15.1.1): constituye una familia de metaloenzimas que catalizan la dismutación del radical superóxido [12]
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2O2
+ 2H+ ------> H2O2 + O2- |
Operan efectivamente con constantes de velocidad cercanas a 2 X 109
M-1s-1. A pH 7,8 en un medio acuoso, la constante de la dismutación espontánea es 8 X
104 M-1s-1. Esta reacción es de segundo orden para el superóxido, y su primera vida media es una función inversa a la concentración inicial del superóxido. A una concentración de 1 X
10-4 M de superóxido la vida media, en ausencia de captadores, sería aproximadamente 0,05 s mientras que a 1 X
10-10 M de superóxido sería de 14 horas.
La reacción entre el radical y la enzima es de primer orden para el superóxido y la vida media sería independiente de la concentración
del superóxido. Dada una concentración aproximada de 1 X 10-5 M de SOD y una concentración razonable de superóxido de 1 X
10-11, entonces la dismutación enzimática sería 106 más rápida que el proceso espontáneo. Además la reacción del superóxido con la enzima es 2 X
109 M-1s-1 la cual es 104 más rápida que la reacción espontánea.
La dismutación del superóxido a peróxido de hidrógeno es fuertemente favorecida y consume protones, por lo que en un ambiente aprótico se comporta corno una poderosa base. Puede sustraer un protón y generar carbaniones que reaccionan rápidamente con el oxígeno. Muchas de
las oxidaciones en solventes no próticos que se han atribuido al superóxido, parecen proceder de esta manera, probablemente por el microambiente de baja constante dieléctrica dentro de la célula [55].
Las SODs tienen una variedad de grupos prostéticos, que dan lugar a grupos distintos. La enzima prevalente en células eucariotas es
SOD-CuZn, una proteína estable dimérica (32 000 dalt.) El cobre es
esencial para la actividad catalítica de la enzima, mientras que el zinc
imparte estabilidad. Se halla principalmente en el citosol [24, 35].
Una segunda enzima es la SOD-Mn presente en eucariotes y procariotes. La hallada en células
eucariotes es tetramérica y se localiza principalmente en mitocondrias [37].
Otra enzima también identificada en tejidos animales es la SOD-Cu,
glicoproteína hidrofóbica, tetramérica (135 000 dalt.), de distribución heterogénea, pero sobre todo en plasma sanguíneo;
se le denomina también SOD extracelular.
VITAMINA E: O alfa tocoferol, reacciona con una variedad de radicales libres a velocidades relativamente altas, produciéndose el radical cromanoxil
(VIT.E-O). La reacción es considerada formalmente como una transferencia de un átomo de hidrógeno [9].
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Vit E-OH
+ ROO ------> Vit E-O + ROOH |
sin embargo existe otra posibilidad considerada como transferencia de electrones
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Vit E-OH
+ ROO ------> Vit E-OH+ + ROO- |
particularmente en un medio apolar como en las membranas y lípidos, luego
ocurre la deprotonación del radical antioxidante en la reacción con el agua inmersa en la fase lipídica.
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Vit E-OH+
+ H2O ------> Vit E-O + H3O+ |
Estas reacciones, sin embargo, no explican satisfactoriamente porque la
inhibición de la lipoperoxidacíón de membranas por el alfa tocoferol no
está acompañada por la esperada acumulación de hidroperóxidos lipídicos [1].
El contenido de esta vitamina determina la susceptibilidad a la injuria por agentes
peroxidantes de las membranas microsomales, mitocondriales, LDL, hepatocitos, etc.[9].
GLUTATION S-TRANSFERASA (E. C. 2.5.1.18): Constituido por un grupo de enzimas diméricas que a diferencia de la GSHpx no metaboliza peróxido de hidrógeno. Catalizan reacciones de conjugación de GSH con compuestos electrofílicos formando aductos covalentes. Las funciones fisiológicas de estas enzimas son diversas, pueden tener relación con el metabolismo del alcohol, metales pesados, reducción de peróxidos y metabolismo de drogas [44, 47].
La presente investigación se propone estudiar los efectos de dos xenobióticos preparados a nivel industrial (hot dog y nitrito de sodio) en la producción del estrés oxidativo en ratas a corto plazo, cuando son suministrados a través del alimento, además se demostrará el papel de la vitamina E como antioxidante natural, cuando se administra simultáneamente con los xenobióticos.
El estrés oxidativo será evidenciado a través de la cuantificación de la lipoperoxidación expresada en la producción de un complejo
tiobarbitúrico-malondialdehído; como respuesta a este fenómeno se medirán las actividades de SOD y GSH
S-transferasa, Los cambios que se produzcan en estos indicadores después del tratamiento con la vitamina reflejará su papel antioxidante. |
