Oxidación Biológica

Estres Oxidativo

En los últimos años del siglo XX se generó una verdadera revolución en el campo de las investigaciones relacionadas con el estrés oxidativo, sobre todo debido a la relación que se cree existe entre éste y el envejecimiento. Aunque este enigma aun no ha podido ser descrifado debidamente, no es menos cierto que si han salido a la luz otra serie de resultados, que permiten establecer que la mayoría de las enfermedades crónicas están muy implicadas con el desequilibrio entre los fenómenos de oxidación y reducción del cuerpo humano. (Lima, L. Sin fecha).

El estrés oxidativo se puede definir como una perturbación del equilibrio entre prooxidantes y antioxidantes, con un desplazamiento a favor de los primeros, de modo tal que esta alteración da lugar a cambios en las biomoléculas y de hecho, a modificaciones funcionales en los lugares donde las mismas se encuentren en un momento dado. Puede decirse entonces que el estrés oxidativo es, en esencia, el efecto adverso que se produce en la sangre y los tejidos de los seres vivos cuando existe un incremento de la degradación de sus biomoléculas causado por radicales libres de oxígeno. Dicha lesión oxidativa, cuando se produce en moléculas de gran importancia biológica como proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, puede conducir a la muerte celular. A medida que aumentan nuestros conocimientos en el campo de los radicales libres, se pone en evidencia su gran implicación en los mecanismos patogénicos de muchas enfermedades, sobre todo en las de tipo crónico. (Lima, L. Sin fecha).

Los radicales libres

Los radicales libres (RL) o más modernamente llamados especies reactivas de oxígeno(ERO) son átomos o moléculas que contienen uno o más electrones no pareados en el orbital más externo, lo que produce una gran reactividad en dicha estructura. De hecho esto da lugar a que estos RL intervengan con gran eficacia y rapidez en un sinnúmero de procesos bioquímicos a nivel celular. Su gran reactividad es al final de cuentas la causante de su toxicidad. Normalmente las ERO no son más que metabolitos fisiológicos, pero en ciertas condiciones o estados propios de la actividad del hombre en relación con su medio, la producción de estos compuestos puede incrementarse en forma considerable, rompiéndose entonces el equilibrio que debe existir entre estos y sus rivales o contrapartes los antioxidantes corporales.

¿Dónde se producen?

La mitocondria es el principal productor de las ERO, ya que la respiración celular se verifica específicamente a este nivel. Como se sabe el 90% del total del oxígeno inhalado se consume en la mitocondria y alrededor del 2 % del oxígeno reducido se transforma en el radical superóxido (O2·). Otra fuente de este radical son los fagocitos activados que producen el superóxido como mecanismo protector frente a agentes u organismos extraños. Por otros mecanismos el superóxido se transforma en el radical hidroxilo(OH·), que es aun más reactivo que el anterior. Otro radical libre fisiológico es el óxido nítrico(NO·), que se produce en el endotelio vascular como factor relajante. Este puede transformarse en peróxido nítrico(ONOO) que contribuye en gran medida a lesiones de tipo oxidativo en múltiples enfermedades.

¿Cómo se forman y qué agentes los provocan?

En reacciones bioquímicas de oxidación-reducción que ocurren en el metabolismo celular normal, muy influenciados por factores ambientales externos, tales como: 1) Los componentes del humo del cigarro, 2) Los contaminantes ambientales, 3) Las radiaciones Gamma, 4) La luz ultravioleta, 5) Compuestos tóxicos, 6) Dietas desbalanceadas o pobres, 7) Dietas hipercalóricas e hipergrasas, 8) Ejercicio o trabajo extenuante (Lima, L. Sin fecha).

Oxidacion en las frutas

En algunas frutas como la manzana (o la banana), si se daña su cascara en algún modo, ya sea por un golpe o por un corte, se vuelve de color marrón. Esto sucede porque se dañan las células dejando salir las enzimas que a contacto con sustratos hacen que ocurra la oxidación.

En el caso de la manzana, la oxidación es llevada a cabo por el oxígeno del aire que ejerce su acción sobre los fenoles. En esta reacción interviene como catalizador la enzima polifenol oxidasa (PPO). El resultado de esta combinación es la trasformación de los fenoles en quinonas. El mecanismo de oxidación de los fenoles a quinonas se explica mediante la cesión de dos electrones en pasos consecutivos.

Los cambios estructurales a los que es sometida la molécula orgánica oxidada inciden en su capacidad de interactuar con la región visible del espectro electromagnético absorbiendo una determinada longitud de onda y dando como resultado una percepción cromática, complementaria a la radiación absorbida.

¿Cómo prevenir la oxidación?

Añadiendo jugo de limón o naranja, que contienen ácido cítrico. El ambiente acido es particularmente desfavorable para la acción de la enzima PPO.

Cubriendo con un plástico (por ejemplo una bolsa) se puede reducir la velocidad con que se oxida la manzana, ya que no está a contacto con el aire, sino que reacciona solo con el oxígeno que quede “atrapado” dentro al envoltorio.

Antioxidantes

Son sustancias que cuando están presentes retardan o inhiben la oxidación de sustratos susceptibles al ataque de las ERO. Los agentes antioxidantes exógenos son aquellos que se ingieren a través de la alimentación y desde el punto de vista práctico son los más importantes de todos, ya que son los únicos que pueden ser introducidos al organismo de forma voluntaria por cada persona, en función de sus conocimientos sobre el tema, la disponibilidad de alimentos en un momento dado y la voluntad e interés que tenga de consumir una dieta saludable. Las concentraciones de antioxidantes que presente la alimentación de cada individuo dependerá en gran medida de cuan balanceada y correcta sea la misma, así como de la forma como se prepare y el nivel de nutrimentos que contenga al momento de ser ingerida (Lima, L. Sin fecha).

Flavonoides

Los flavonoides son un grupo de compuestos químicos caracterizados por ser polifenólicos, además de tener una estructura de benzo-y-pirano. Estos, se encuentran en un amplio número de especies vegetales y por tanto, de forma universal en este reino, especialmente dentro de las plantas vasculares como glicósidos. En las plantas, los flavonoides son responsables de diferentes funciones biológicas y fisiológicas (Cartaya & Reynaldo, 2001).

Estos compuestos se clasifican de acuerdo con los sustituyentes presentes en el anillo C, además del estado de oxidación del anillo heterocíclico y la posición del anillo B. Debido a su amplia variedad, los flavonoides poseen una gran cantidad de propiedades, siendo una de las más estudiadas e investigadas, sus características antioxidantes. Lo anterior, es resultado de su capacidad quelante de metales de transición, y captadora de radicales libres. También, se le asocia la capacidad de inhibición de oxidasas como la lipoxigenasa (LO), la ciclooxigenasa (CO), la mieloperoxidasa (MPO), la NADPH oxidasa y la xantina oxidasa (XO) (Pérez, 2003).

Para Bilia y sus colaboradores (2001 citado en Domínguez, 2012) los flavonoides son considerados los principios activos de aquellos medicamentos o fármacos, que se realizan a base de hierbas o plantas medicinales. Estos compuestos se hallan principalmente en las hojas, flores o tallos de las plantas y pueden extraerse por medio de diferentes métodos, debido a la solubilidad que presentan frente a varios solventes de tipo orgánico (Cartaya & Reynaldo, 2001).

Carotenoides

Los carotenoides son compuestos que están presentes en la mayoría de las plantas, especialmente en sus flores y frutos, también se pueden encontrar carotenoides en algunos animales, algas y hongos (Meléndez, Vicario & Heredia, 2007). Estos compuestos son tetraterpenos, tienen en su estructura 40 átomos de carbono (compuestos por varias unidades de isopreno), y en sus extremos un anillo de ciclohexano sustituido e insaturado. Dependiendo de la presencia de un oxígeno en los anillos de ciclohexano los carotenoides se pueden clasificar en carotenos (no tienen el oxígeno) y xantofilas que si tienen oxígeno en sus anillos. También es común encontrar funciones oxigenadas en sus estructuras tales como: grupos hidroxilo (OH) y epoxi, grupos aldehído (CHO), ceto (C=O), carboxilo (COOH), carbometoxi (COOMe) y metoxi (Ome). (Carranco, Calvo & Pérez-Gil 2011).

En las plantas los carotenoides cumplen funciones en relación con la fotosíntesis, esto se debe a que en sus estructuras contienen varios dobles enlaces que forman una cadena polienica, y ésta conocida como cromóforo, es la responsable de su capacidad para absorber la luz del espectro visible y por ende, su capacidad de dar color a las flores, frutas y verduras, lo cual depende de los tipos de carotenoides presentes. (Carranco, Calvo & Pérez-Gil, 2011).

Al igual que los flavonoides, los carotenoides tienen propiedades antioxidantes para el ser humano. Para el caso de los carotenoides su capacidad antioxidante reside en el hecho de que pueden inactivar moléculas en las que el nitrógeno u oxígeno presentes en su estructura son elementos reactivos (ERON), también inactivan moléculas de oxígeno conocidas como “oxígeno singulete”. Lo anterior es importante puesto que, las moléculas de oxígeno singulete pueden llegar a reaccionar con ácidos grasos saturados, proteínas, enzimas, aminoácidos y dañar estructuras celulares. (Carranco, Calvo & Pérez-Gil, 2011).

La Caléndula (Calendula officinalis L.)

La caléndula es una planta que tiene su origen en Egipto, el mar mediterráneo y Europa meridional, por esto se tienen registros de ella desde la época de los antiguos griegos y egipcios, aunque también se han hallado registros por los hindúes y árabes acerca de sus propiedades terapéuticas; su nombre deriva del latín calendae que significa “primer día del mes”, esto puede hacer referencia a que florece en cualquier época del año. Desde el siglo XVII se cultiva extensivamente en Europa y en otras partes del mundo, debido a sus propiedades medicinales. Actualmente, la caléndula se puede encontrar en muchas regiones del mundo como las mencionadas anteriormente y en América. (Acosta de la luz, Rodríguez & Sánchez, 2001)

La caléndula presenta una variedad de propiedades ligadas a las flores como lo son: ser antiflogística, antiséptica, antiespasmódica, astringente, diaforética, antibacteriana, cicatrizante, antiinflamatoria, también es bactericida contra Staphylococcus aureus y Streptococcus fecalis; estas propiedades se descubrieron de forma empírica por diversas culturas y se aprovechan mediante ungüentos, infusiones, extractos y cremas (Acosta de la Luz, Rodríguez & Sánchez, 2001).

Estudios realizados acerca de los componentes bioactivos de la caléndula, han demostrado que contiene una gran variedad de componentes químicos. Acosta de la Luz, Rodríguez y Sánchez (2001) mencionan que se han detectado aceites esenciales (entre un 0,2 a 0,3%) de ácido salicílico, ácido fenólico, esteroles, carotenoides muy abundantes, glucósidos, flavonoides y taninos. Estos compuestos hacen que la caléndula tenga una composición química compleja, con un amplio número de familias, lo cual concuerda con sus innumerables propiedades farmacológicas y antioxidantes (Domínguez, 2012).

Igualmente, Crabas y sus colaboradores (2003 citado en Domínguez, 2012) detectaron otros componentes como hexadecanoato de metilo (23.8%), linoleato de metilo (18.6%), 9-12-15-octadecatrienoato de metilo (17,2 %), octadecanoato de metilo (4,8%), tetradecanoato de metilo (4,6%), γ-cadineno y cubenol (4%), α-cadinol (1.8%), y oplonanona (1.3%), los cuales fueron extraídos a través de fluidos supercríticos con CO2 .Otros estudios realizados han demostrado que los aceites extraídos de las flores de caléndula tiene propiedades citotóxicas, como lo indican Jiménez y compañía (2006) donde el extracto LACE de la caléndula demostró la inhibición del crecimiento in vitro de varias líneas celulares tumorales, y una actividad antitumoral in vivo en ratones.

Planta y flor de caléndula. Tomado por Fabián Aroca

Estructura base de los flavonoides. Tomado de Cartaya & Reynaldo (2001 p. 5)

Ejemplos de flavonoides, su estructura y parte de sustitución. Tomado de Cartaya y Reynaldo (2001, p. 6)

Estructuras químicas peridinina, decaprenoxantina, semi- â-carotenona y rodoxantina. Tomado de Meléndez, Vicario & Heredia (2007, p. 111)

Presentación y vídeo de la clase

Bibliografia