Radicales Libres, Stress Oxidativo y Lipoperoxidacion, Consecuencias de la Micotoxicosis en las Aves - 1ª parte

Publicado el: 23/5/2021
Autor/es: John Jairo Salazar. DMV. MSc. Laboratorio de Investigación y Desarrollo Inmuno Patologia. Colombia.
Resumen

Un Radical Libre (ROS) es cualquier molécula que contiene uno o más electrones desapareados en su último orbital, Ellos son el producto normal de muchas de las vías metabólicas, Algunos de ellos existen de forma controlada y por corto tiempo, Pues realizan funciones esenciales en el metabolismo, Otros existen de forma libre e interactúan con los componentes celulares de los tejidos, En los últimos años las mejoras analíticas así como los efectos sutiles inducidos por los ROS han demostrado que son importantes para modular la señalización celular, Y se ha aclarado nuestra comprensión del papel de estas especies reactivas de los mecanismos para producir toxicidad y expresar los problemas patológicos, No obstante los organismos poseen una poderosa red de antioxidantes que protege de los efectos nocivos de los ROS, El stress oxidativo es una consecuencia del desequilibrio entre la producción de ROS y la capacidad antioxidante del organismos, Las Micotoxinas son el talón de Aquiles del sector agrícola presentando enormes pérdidas económicas y representando un grave riesgo para la salud de los seres humanos y los animales, Los últimos hallazgos apoyan la idea de que los sistemas antioxidantes se ven desafiados por el efecto perjudicial de las micotoxinas, que causan un aumento de la peroxidación de los lípidos o lipoperoxidacion como el malonaldehido(MDA), Esta inhibe la capacidad antioxidante y altera el sistema de defensa, El grado de stress oxidativo está relacionado con la duración de la contaminación y la mezcla de varias micotoxinas que causa efectos sinérgicos, Pues se ha demostrado que en la naturaleza hay más de 300 micotoxinas, Pero se han estudiado los efectos tóxicos de aproximadamente de 30 de ellas, Finalmente ellas causan alteraciones en la flexibilidad y la permeabilidad celular, Pero uno de los mayores efectos detrimentales es el daño a la síntesis del DNA y RNA aumentando la actividad de las moléculas pro apototicas y acelerando la muerte celular, En esta revisión científica se analizan los conocimientos sobre producción, Clasificación, Efectos sobre los ácidos grasos polinsaturados de los ROS, que pueden son una consecuencia de la interrelación con el daño del DNA por las Micotoxinas mas relevantes.

Palabras Claves: Radicales Libres, Stress Oxidativo, Lipoperoxidacion, Malonaldehido, Micotoxinas

1.0 Introducción

La producción de radicales libres (ROS) son una consecuencia evidente de la vida a un medioambiente aeróbico, Los radicales libres (ROS) son el resultado de la producción de actividades metabólicas dependientes del oxígeno que atacan las membranas biológicas y las lipoproteínas vía oxidación en un proceso denominado per oxidación lipídica[1] este ataque daña a las células y los lípidos cuando reaccionan con el carbono. Cuando interactúan con las moléculas de los ácidos grasos polinsaturados (PUFA) ( Por sus siglas en ingles) con el oxígeno molecular se produce el Stress Oxidativo causante del daño tisular[1].

El Oxigeno Molecular (O2) es un aceptor biológico de electrones que sirve para cumplir las funciones fundamentales de las células, sin embargo durante la actividad metabólica normal, y como consecuencia de cambios medioambientales como alteraciones extremas de temperatura, radiación, xenobioticos, toxinas (Micotoxinas), contaminantes y varios estresores, el O2 está capacitado para alcanzar un estado excitado el cual libera radicales libres[2]. Con las propiedades benéficas del O2 , Se forman las especies reactivas al oxigeno o ROS (Radicales Libres) tales como el ion súper oxido (O2¯), El Peróxido de hidrogeno, (H2 O2) y el radical hidroxilo (•OH) que son la posible causa de la muerte celular[2].

Los radicales libres son moléculas que contienen uno o más electrones desapareados en sus orbitas, y están capacitados para existir de manera independiente[3], La mayoría de los radicales libres son derivados del oxígeno, ROS (Reactive Oxigen Species, Por sus siglas en ingles), O derivados del nitrógeno RON (Reactive Nitrogen Species, Por sus siglas en ingles)[3].

El Stress Oxidativo ocurre cuando hay un incremento en la producción de oxidantes y se forman los radicales libres (ROS) que exceden la capacidad del cuerpo para neutralizar y eliminar estas formas de radicales reactivos [1], En la mayoría de los casos el stress oxidativo es un factor complicante de procesos patológicos y metabólicos y no necesariamente una causa primaria[1], Todos los sistemas orgánicos están relacionados con el stress oxidativo, pero cuando se presenta en exceso puede conducir al daño del órgano, los sistemas especialmente afectados incluyen Riñones, Hígado, Páncreas, Corazón, Sistema Nervioso Central, Intestino, Medula ósea, Pulmones y Tiroides[4], además el stress oxidativo no tiene un impacto únicamente sobre las células y órganos, También afecta el sistema endocrino y el sistema inmune[4].

Los ROS son formados en grandes cantidades en los órganos donde se produce daño celular especialmente en las enfermedades infecciosas, Ellos son producidos bajo condiciones normales en la mitocondria durante la producción de energía de donde se toma el oxígeno molecular[4], En células animales sanas por efecto de la respiración se produce hasta un 25% de ROS, Pero en animales enfermos hasta un 75% del oxígeno puede formar ROS [4].

La presencia de los radicales libres en las células del sistema inmune , no siempre es mala, es un hecho que los ROS ayudan a eliminar la infecciones, esta función defensiva de fagocitosis bacteriana está relacionada con los organismos oxígeno-dependientes[5], En la fagocitosis bacteriana, Los neutrófilos activan su metabolismo, Caracterizado por un aumento en el consumo de oxígeno y por lo tanto un subsecuente aumento de producción de

ROS, tales como Super Óxidos, Radicales Hidroxilo, y Peróxido de Hidrogeno(O2¯,OH, H2 O2)[5], Este proceso es denominado el “El Estallido Respiratorio” [5], De igual forma se produce un aumento de los ROS en actividades fisiológicas y metabólicas exigentes[5], Por lo tanto cuando hay un excesivo e inapropiado acumulación de ROS pueden causar un daño oxidativo a las proteínas moleculares, a las membranas celulares, especialmente a las de las mitocondrias, Y daños letales al DNA.

 

2.0 Química de los Radicales Libres (ROS)

Las moléculas que constituyen las sustancias son un conjunto de átomos unidos entre sí por enlaces químicos, La mayor parte de estos enlaces están constituidos por dos electrones (Pares de ), Y estos dos electrones están apareados porque cada uno tiene un momentos magnéticos opuestos (spin electrónico) que hace que se contrarresten[6].

En una reacción molecular donde solo uno de los productos se lleva todo el par de electrones del enlace que se rompe y se genera lo que se conoce como iones[6], Se denomina en química una fragmentación heterolitica[6].

De otra forma cuando en el transcurso de una reacción química se rompe un enlace, Y cada uno de los productos enlazados se lleva uno de los dos electrones que en un principio constituían dicho enlace con un par de electrones, Y se forman Radicales Libres (ROS), o fragmentación homolitica. Por lo tanto un Radical Libre es un átomo que contiene un electrón desapareado dentro de su estructura, Es decir, Es la existencia de un electrón que no tiene una pareja con spin opuesto dentro de un átomo[6].(Figura N.1).

(Los Radicales Libres se representan en química, colocando un punto negro sobre el símbolo del átomo que quedo desapareado).

Figura Nº.1 Reacciones de fragmentación para la formación de moléculas.

Figura Nº.1 Reacciones de fragmentación para la formación de moléculas.

Se debe considerar que para que un átomo adquiera su máxima estabilidad, debe registrar un octeto de electrones en su último nivel, A está regla se le conoce como La Regla del Octeto[7], En Química orgánica se producen reacciones de oxidación y de reducción; Oxidación: ganancia de enlaces carbono-oxígeno y perdida de enlaces carbono- hidrogeno, y al contrario en la Reducción: se produce ganancia de enlaces carbono -hidrogeno y perdida de enlaces carbono-oxígeno[8].El Oxígeno(O) posee 6 electrones en su último nivel, por eso necesita 2 electrones en dicho nivel, buscando estabilidad, es por lo anterior que se considera un elemento muy reactivo[7].

La Oxido reducción o reacción de oxidación o reducción, puede generar radicales libres (ROS), Mediante la transferencia de un solo electrón, En una primera etapa, la transferencia de un electrón produce un electrón cargado o cationes [R-X] ˚+,o radicales aniones [R-X] ˚¯ según sea el caso de pérdida o ganancia de electrones (Figura N. 2)

Figura Nº.2 Reacciones de Oxido reducción catiónica o anionica- Reacción de fentón

Figura Nº.2 Reacciones de Oxido reducción catiónica o anionica- Reacción de fentón

Por definición, Los radicales libres son neutros, Lo que se significa que posee el mismo número de electrones y de protones, Está característica le da a los radicales libres una serie de propiedades químicas como: Reacción con otros radicales libres, no afectación por el cambio de polaridad, no se solvatan, no reaccionan con hidrógenos ácidos y se comportan de acuerdo a su reacción como un mecanismo en cadena, en el cual se genera más de una molécula de producto por cada evento de inicio, el cual se compone de tres etapas: Inicio, propagación y terminación[9].

2.1 Las especies Reactivas del Oxígeno

Se consideran ROS a el Oxígeno atómico (O), Al Ozono (O3) que se genera de la reacción del (O) y (O2), Al Oxígeno singulete (1O2) que se produce con la excitación de uno de los electrones desapareados O2, Al ion super-oxido (O2 •¯), Al peróxido de hidrogeno (H2O2), Y al radical hidroxilo (•OH). También el oxígeno forma compuestos con el nitrógeno los cuales pueden ser más reactivos que el O2 en su estado basal de energía, está especies son el monóxido de nitrógeno u óxido nítrico (NO•), El dióxido de nitrógeno (NO2 •), Y el peroxinitrito (ONOO¯), Y se reconocen como radicales libres dependientes del nitrógeno (RON)[10].

2.2 El Dioxigeno(O2)

El Dioxigeno (O2) es un di-radical, Es decir, Tiene un electrón en cada uno de sus orbitales de anti unión π*. Debido a sus dos electrones desapareados el O2 es atraído fácilmente a un campo magnético; Estos electrones solo pueden reaccionar con electrones de otros elementos y compuestos que estén libres y tengan un giro opuesto[10].

La concentración de O2 en la atmosfera a nivel del mar a 25ºC es de 258 µM, En la sangre arterial es de 130 µM, En la sangre venosa es de 50 µM, en las células es de < 13 µM, y < 1 µM en la mitocondria[10].La solubilidad del O2 es mayor (al rededor de 8 veces)en solventes hidrofóbicos que en agua, Las membranas celulares en donde se lleva a cabo la respiración están compuestas por lípidos que conforman un ambiente hidrofóbico en el cual el O2 es más soluble que en el citosol[10].

2.3 El Oxígeno Singulete ( 1O2)

El 1O2 se origina cuando uno de los dos electrones libres del O2 cambia de giro al captar energía, Teniendo ahora giros opuestos los dos electrones se aparean[11].El 1O2 Reacciona con la mayoría de los componentes celulares, el que es producido fuera interacciona con las membranas plasmáticas, el producido dentro de la célula ; reacciona con ácidos nucleicos, Proteínas, Lípidos y carbohidratos muy cerca del sitio donde se forman. El 1O2 Produce endoperoxidos con los ácidos grasos poliinsaturados que se descomponen en presencia de hierro formando radicales alcoxilo contribuyendo fuertemente a la lipoperoxidacion[12]. El 1O2 Interacciona con las bases nitrogenadas del DNA; siendo la principal 8-hidroxiguanina, la cual puede generar mutaciones cuando se duplica el DNA, Un ejemplo es que 8-hidroxiguanina puede generar puentes de hidrogeno con una adenina en vez de una citosina[12].

2.4 El Anión Superoxido (O2 ¯)

Cuando el O2 capta un electrón, este se aparea con uno de los dos electrones libres de los orbitales π* formando así el O2 •¯, que es a la vez un anión y un radical libre, Como el electrón entra en un orbital antiunion la doble ligadura del O2 se debilita por lo que la distancia entre los átomos de oxígeno aumenta[10].

El O2 •¯ se produce principalmente en la cadena respiratoria, debido a que una parte de los electrones que pasa por ella es captada por el O2 . Esto ocurre principalmente en la ubiquinona (Coenzima Q), La ubisimiquinona y el ubiquinol que se originan al aceptar uno de los dos electrones libres que pueden ceder con facilidad un electrón a O2 [10]. Otro sitio desde el cual los electrones salen de la cadena respiratoria es el complejo I, NADH deshidrogenasa. Aproximadamente el 0.1% del O2 que se consume en la respiración forma O2 ˚¯. Está cantidad podría parecer muy poca, pero hay que considerar que en los animales el consumo de O2 es muy grande[10] (ver ecuación de oxidoreduccion N.1).

Las NADH oxidasas son enzimas de la membrana plasmática que tienen la función de producir O2 •¯. Los electrones del NADH citosolico se transfieren a un FAD de la enzima y de ahí a dos grupos hemo que se localizan en un cruce transmembranal de la proteína. El hemo mas externo cede un electrón al O2 extracelular, Produciendo el radical O2 •¯[10,12].

2.5 Peróxido de Hidrogeno (H2O2)

El H2O2 o agua oxigenada se forma cuando cada uno de los electrones libres del O2 se ha apareado con un electrón del giro contrario (ver ecuación de oxidoreduccion N.1).Como estos electrones entraron en los orbitales antiunion, en el H2O2 las dos ligaduras del O2 se han reducido a una[10,13]. El H2 O2 es un líquido similar al agua aunque más denso, Es un ácido débil y como base es 10 al 6 veces más débil que el agua[13].

No obstante el H2O2 es toxico a concentraciones intracelulares mayores a 1 µM debido en parte a que puede formar 1O2 y •OH, La toxicidad del H2O2 se debe principalmente a algunos metales en transición con los que se produce el radical hidroxilo •OH [12,13]. El hierro se puede unir de manera específica a las proteínas y a los ácidos nucleicos y con el H2O2 y generar radicales hidroxilo •OH, este interacciona en el sitio donde se forma con lo que ocasiona modificaciones irreversibles a las proteínas y al DNA, Las cuales NO siempre se pueden reparar[10].

2.6 El Radical Hidroxilo (OH) Y los Metales de Transición

El Radical Hidroxilo •OH se forma cuando el H2O2 acepta un electrón desapareado, por ejemplo el de un metal en transición Fe2+o Cu(I) entonces se fragmenta y forma , El Radical Hidroxilo •OH, y el ion hidroxilo OH¯(Reacción de Fenton)[10,12]. Este último se protona para formar agua y el •OH interacciona con cualquier compuesto vecino(ver ecuación de oxidoreduccion N.1), El ˚OH es uno de los compuestos más reactivos que existen, El •OH no se puede difundir porque interacciona rápidamente (109 µM Segú ¯ı) con cualquier compuesto celular[12].

El •OH puede oxidar las purinas como las pirimidinas y también la desoxirribosa, causando roturas en el DNA, El daño en el DNA se determina midiendo la Cantidad de sitios apurinicos, Las roturas en una hebra de DNA, O la 8-hidriguanina en un hidrolizado de DNA [10].

Ecuacion N 1. Reacción de Oxidoreduccion por pasoso para la producción de Radicales libres

Ecuacion N 1. Reacción de Oxidoreduccion por pasoso para la producción de Radicales libres

Figura N. 3 . Generación de ROS a partir de la oxidoreduccion(Explicación grafica de la ecuación)

Figura N. 3 . Generación de ROS a partir de la oxidoreduccion(Explicación grafica de la ecuación)

2.7 Reacción de Fenton

La reacción de Haber-weiss genera radicales hidroxilo (•OH), a partir del Peróxido de hidrogeno y el anion superoxido (O2 •¯), está reacción ocurre en las células vivas como consecuencia del stress oxidativo, La reacción directa es muy lenta pero es catalizada por el hierro en estado de oxidación ; Fe3+ [15].

El primer paso del ciclo catalítico se produce por la reducción del catión férrico a catión ferroso:

Fe3+ + •O2 → Fe2+ + O2

El segundo paso es una reacción de Fenton:

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH + •OH

La reacción neta es:

•O2- + H2O2 → •OH + OH¯ + O2

(Ver Figura N. 3)

Figura N.3 Mecanismo de presentación de la reacción térmica de Fenton cuando reacciona con el hierro o grupos hemo sanguíneos[16]

Figura N.3 Mecanismo de presentación de la reacción térmica de Fenton cuando reacciona con el hierro o grupos hemo sanguíneos[16]

El •OH producido en la reacción de Fenton, en la cual un electrón del metal es captado por el H2O2 , Algunos metales en transición contiene electrones desapareados, El Fe2+ tiene cuatro electrones desapareados Fe3+ tiene cinco electrones desapareados , así Fe2+ en solución cede un electrón al O2 formando un catión férrico o Fe3+, y •O2 .

Hay otras especies de oxígeno combinadas con nitrógeno que son muy importantes en biología, El Monóxido de Nitrógeno (NO•), Es un gas incoloro, moderadamente soluble en agua y muy soluble en solventes orgánicos especialmente en las membranas celulares, este se forma a partir de la enzima NOS(Oxido Nítrico Sintasa), El NO• es un radical que se parece al O2 •¯, Pero no es muy reactivo, No tiene carga y por eso pasa con facilidad las membranas celulares, puede reaccionar con el agua para formar nitritos (NO2 ) y posiblemente NO• como un intermediario[10].

 

3.0 Orígenes y Características de las Reacciones de los Radicales Libres (ROS)

3.1 Cadena Respiratoria Mitocondrial

La mitocondria es el lugar de la célula considerado como el principal generador de las especies reactivas al oxígeno, Lo anterior obedece a que el oxígeno que se respira gracias al intercambio de los gases en los pulmones, y que es transportado por la hemoglobina de la sangre hasta llegar a las células(Importancia de la reacción de Fenton), se utiliza como el aceptor final en la respiración mitocondrial. Por lo anterior la función del oxígeno es la de recibir los electrones provenientes de la cadena respiratoria, Y junto con los protones de la matriz mitocondrial, Formar agua metabólica como un subproducto de la oxidación de la glucosa[17].

La mitocondria genera la mayor parte de energía en las células animales[17].Esto ocurre principalmente durante la fosforilacion oxidativa, Un proceso en el cual los electrones pasan a través de una serie de moléculas transportadoras de electrones dispuestas en complejos enzimáticos multiproteinicos, Llamados cadena de transporte de electrones[18].

Los electrones provienen del NADH (Nicotinamida adenin dinucleotido reducido), que es producido en el ciclo de Krebs durante la oxidación de los nutrientes como la glucosa, y su aceptor final es el oxígeno, como se muestra en la siguiente reacción[18].

Figura N. 4. Ciclo del ácido cítrico(Krebs):Vía catabólica para Acetil-Coa, Fosforilacion oxidativa en cadena respiratoria[18]

Figura N. 4.Ciclo del ácido cítrico(Krebs):Vía catabólica para Acetil-Coa, Fosforilacion oxidativa en cadena respiratoria[18]

Para poder comprender porque se acepta que la producción de radicales libres (ROS), Es una propiedad inherente de la cadena respiratoria mitocondrial (ver figura N.4), Específicamente de la Fosforilacion Oxidativa, La cual está interrelacionada con el ciclo de Krebs (Ciclo del

Ácido Cítrico) en las células eucariotas. Hay que entender como están conformados y cómo funcionan los complejos respiratorios que la componen.

La Fosforilacion Oxidativa(Inherente a la cadena respiratoria)(ver figura N.4), en la que se transportan electrones, Está formada por cuatro complejos respiratorios embebidos dentro de la membrana interna mitocondrial y dos tipos de transportadores de electrones(Ubiquinona y Citocromo c)[17]. El paso de electrones atreves de los complejos hace que se trasloquen protones (H+) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermebranal[17,18]. Este flujo de protones genera una fuerza de potencial electroquímico de protón (ΔµH+), Llamado fuerza de Protón-motriz utilizado por la enzima ATP sintasa para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato [17].

3.2 Estructura de la Cadena respiratoria

3.2.1 Complejo I (NADH Deshidrogenasa)

El complejo ubiquinona-oxidorreductasa, está compuesto por 46 subunidades y un grupo flavin mononucleotido (FMN) unidos de manera no covalentes y ocho centros de hierro-azufre(Fe-S), que actúan como cofactores redox[10,17], El complejo I cataliza la transferencia de electrones (e) desde el NADH, que se encuentra en la matriz mitocondrial hasta la ubiquinona (UQ), La UQ es soluble en la membrana interna por lo que se le considera el transportador móvil que llevara los electrones hacia el complejo III[17].(ver figura N.5).

3.2.2 Complejo II (SDH Succinato deshidrogenasa)

Está es otra vía de entrada de electrones (e) hacia la cadena respiratoria, Por lo que su función de igual manera es reducir la UQ para que está transporte los electrones hacia el complejo III, En este caso los electrones provienen de la oxidación del succinato a fumarato durante el ciclo de Krebs; ya que es una enzima que se comparte en los dos procesos (Fosforilacion oxidativa de la cadena respiratoria y ciclo de Krebs), no obstante la transferencia de electrones en este complejo no se encuentra acoplada a la y translocación de H+, por lo tanto no contribuye a la generación de fuerza de potencial electroquímico de protones (ΔµH+)[17].

3.2.3 Complejo III y Ubiquinona (UQ)

Este complejo recibe los electrones de la UQ y los transfiere al citocromo c, está conformado por 11 unidades proteínicas y un centro hierro-azufre(Fe-S), Dos hemos tipo b(b562 ,b566) y un hemo tipo c, Parte de los electrones que recibe el UQ son transferidos hacia el hierro-azufre(Fe-S), de ahí pasan al citocromo c, que a su vez los transfiere al complejo IV [17]. Mientras tanto los otros electrones se reciclan dentro de la enzima gracias a los hemo b, ayudando a traslocar H+, para generar fuerza de potencial electroquímico de protones (ΔµH+)[17].

3.2.4 Complejo IV y Citocromo C

El Citocromo c es un transportador soluble de electrones hacia el complejo IV o Citocromo c Oxidasa, este complejo es el encargado de que los electrones provenientes de la cadena respiratoria utilicen H+ (Protones) provenientes de la matriz mitocondrial y se unan al oxígeno singulete 1O2 para formar H2o (Agua metabólica).[10,11,17].

Figura N.5.  Cadena respiratoria Mitocondrial. Complejos mitocondriales de la membrana.[17]

Figura N.5.  Cadena respiratoria Mitocondrial. Complejos mitocondriales de la membrana.[17]

 

4.0 Orígenes Celulares de los radicales Libres

4.1 Formación de (ROS) en la cadena respiratoria

El potencial Redox(Reacciones en las que se transfiere un electrones se conoce como reacciones oxido-redox o Redox) se mide en voltios, pero cuando es muy pequeño se mide en milivoltios (mV)[19]. El potencial de reducción estándar que se requiere para la conversión de 1O2 a O2 •¯ es de -160 mV, La cadena respiratoria incluye una serie de centros redox con potenciales redox que van desde -320 mV(del NADH) hasta 390 mV(del citocromo a3 en el complejo IV)[19].Por lo tanto las Reacciones Redox implican la transferencia de electrones (e- ) de uno en uno, Lo cual implica que el (e- ) que forma parte del par electrónico en el orbital de un átomo, Quedará desapareado, generando Radicales Libres, Como se ha descrito anteriormente[19].

El O2 es un gas que difunde libremente a través de la membrana mitocondrial, Por lo que es muy factible que en su forma activa 1O2 (Oxígeno singulete), Se encuentre alrededor de la cadena respiratoria, Si existen fugas en la reacción respiratoria se favorecería la conformación monovalente del 1O2 generando así el anion super oxido O2 •¯[20].

La mitocondria cuenta con enzimas antioxidantes como la super oxido dismutasa (SOD) que transforma el O2 •¯ en peróxido de hidrogeno (H2O2) y a la glutatión peroxidasa (GPx) , Que a su vez convierte el H2O2 en H2O molecular[20], Se ha estimadoque las concentraciones de estas especies reactivas de oxígeno se presentan en un valor entre 1x10- 10 y 5 x 10-9 M (Molar), Si estas concentraciones son superiores O las concentraciones de las enzimas antioxidantes son insuficientes, El H2O2 se convierte en radical hidroxilo •OH, mediante la reacción de Fenton(ver capitulo 2.7), catalizada por el Fe o el Cu, Presentes en las enzimas mitocondriales[20].

Figura N.6. Enzimas antioxidantes en la Membrana mitocondrial. GR: Glutatión Reductasa, GSH: Glutatión  GSSG:  Glutatión  reducido,  GPx:  Glutatión  Peroxidasa  CAT:  Catalasa,  SOD  Superoxido dismutasa, ONOO-: Peroxinitrito[21].

Figura N.6. Enzimas antioxidantes en la Membrana mitocondrial. GR: Glutatión Reductasa, GSH: Glutatión  GSSG:  Glutatión  reducido,  GPx:  Glutatión  Peroxidasa  CAT:  Catalasa,  SOD  Superoxido dismutasa, ONOO-: Peroxinitrito[21].

Una membrana mitocondrial con daños altera los complejos respiratorios permitiendo la liberación de los grupos prostéticos que catalizan la reacción de Fenton. Este mecanismo se convertirá entonces en un ciclo continuo, ya que la cadena respiratoria mitocondrial alterada aumenta la fuga de electrones, Generando un aumento en las especies reactivas al oxígeno o ROS, Causando una alteración en las reacciones moleculares de la fosforilacion oxidativa, y perpetuando este fenómeno, desestabilizando el equilibrio energético de la célula [17].

4.2 Formación de Anion Superoxido (O2 ¯) en el Complejo I

Los e- fluyen en la membrana mitocondrial para que se acumule un gradiente de protones H+, El cual se disipa en el complejo V con ATP sintasa, Sintetizando ATP y Pi(Fosforo molecular). Por lo tanto si hay una AUSENCIA de ADP (adenosin difosfato), El movimiento de H+ atreves dela ATP sintasa CESA, la fuerza de potencial electroquímico de protón (ΔµH+) se acumula causando que el flujo de electrones se haga más lento y por lo tanto la cadena respiratoria en el complejo IV está más reducida, y como resultado se aumenta la formación basal de O2 •¯[17,19,20].

4.3 Formación de Anion Superoxido (O2 ¯) en el Complejo III

La Ubiquinona(UQ) del Complejo Q es reducida totalmente en el lado interior de la membrana interna mitocondrial (UQH2), Un vez reducida viaja hacia el exterior de la membrana interna sacando 2H+ que van a formar parte dela fuerza de potencial electroquímico de protón (ΔµH+).E cuanto a lo que le sucede a los 2 e-, el primero se transfiere hacia la reacción de Fenton para que vaya al citocromo c1, de modo que la UQH+ quedaría ahora como el intermediario UQ•. El e– que le queda lo transfiere a los hemo b566 y b562 para que recircule en el ciclo, de modo que al donar este último e- quedará nuevamente oxidado (UQ•). El hecho de que ya no tenga carga le permite moverse al lado interior de la membrana y recibir el e– de b562, para volver a formar UQ•, que en este momento está en posibilidad de recibir otro e– y 2H+ para formar UQH2 y reiniciar el ciclo[17].

4.4 NADPH Oxidasa

Se ha reconocido que el origen biológico de los ROS son activados por la fagocitosis celular (e.g neutrófilos y monocitos), Cuando estas células son activadas se presenta un marcado incremento en el consumo e oxígeno, A este proceso bilógico se le ha llamado El Estallido Respiratorio[22], Las familia de enzimas responsables de este proceso son las NADPH Oxidasas (NOX), Que se encuentran en varios tejidos, especialmente las más estudiadas son las que se encuentran dentro de las células fagociticas[22].

La migración dirigida hacia el sitio de infección se hace por quimiotaxis por los neutrófilos, Para englobar el macrófago es mediado por opsoninas tipo TOLL (TLR; Por sus siglas en inglés Tll Like receptors) que reconocen los LPS(Lipo polisacáridos) de las bacterias[22], el proceso de encapsulación activa procesos en las células inflamatorias que culminan con la destrucción del patógeno debido a la activación de proteasas y de radicales libres[22].

La NOX, en este caso la NADPH oxidasa recibe un electrón e– de la adenin dinuclotido reducida (NADPH) que se encuentra en la superficie citosolica de la membrana del fagosoma y lo dona al oxígeno molecular que se encuentra al otro lado del fagosoma, generando el radical anión superoxido O2 •¯, este a su vez puede convertirse más tarde en otras especies reactivas al oxígeno, Aunque la mayor parte de esta reacción dismuta hacia el radical peróxido de hidrogeno (H2O2) (Ver figura N. 7), Principalmente por la enzima mieloperoxidasa(MPO)[23].

El H2O2 puede reaccionar de la siguientes formas:

Oxidando a una diversidad muy amplia de compuestos aromáticos(R-H) por transferencia de electrones, dando como resultado la formación de ROS.

Oxidando los iones de cloruro para convertirlos en acido hipocloroso(HCLO), Clasificado como un oxidante no radical altamente bactericida.

Mediante la reacción de Fenton, se pueden producir radicales hidroxilo •OH, Uno de los ROS más potentes.

Produciendo en forma energética el oxígeno singulete 1O2 [23].

Figura N.7 Mecanismo NADPH Oxidasa en Mφ [24] Figura N.8 Ovo peritonitis en ponedoras por E.Coli

Figura N.7 Mecanismo NADPH Oxidasa en Mφ [24] Figura N.8 Ovo peritonitis en ponedoras por E.Coli

4.5 Sistemas Microsomales de Monooxigenasas (Citocromo P450)

Las células han encontrado diferentes formas de metabolizar el oxígeno atmosférico (1O2) Para realizar algunos procesos fisiológicos, Para lo cual se han desarrollado un grupo de enzimas llamadas oxigenasas, Existen dos tipos, Las Monooxigenasas, que insertan un átomo de oxígeno en el sustrato a oxidar, Mientras que el segundo átomo de oxígeno es reducido con los electrones que vienen de algún donador especifico y generalmente dan como producto una molécula de agua[25].

Sustrato + O2 + H+ +NADHP(monooxigenasa) Sustrato + O + NADP+ +H2O [25]

Está reacción es muy compleja ya que necesita de la participación de moléculas con un centro metálico así como la transferencia de electrones desde cofactores reducidos.

Por otro lado las Dioxigenasas catalizan la incorporación de los dos átomos de oxígeno de la molécula de O2 hacia el sustrato, y no necesariamente son dependientes de cofactores.

Sustrato + O2 (Dioxigenasas) Sustrato-O2

Este capítulo se enfocara en describir las monooxigenasas más importantes, que contiene un grupo hemo como grupo prostético(hemooxigenasas), Que son llamadas la Citocromo P450. En los órganos y los tejidos de los mamíferos la Citocromo P450 tiene funciones atreves del metabolismo de los fármacos y de los xenobioticos, En la síntesis de hormonas esteroideas, En el metabolismo de vitaminas lipofilicas(Solubles en grasas), Y en la conversión de ácidos grasos poliinsaturados a moléculas biológicamente activas[25].

La Citocromo P450 se encuentra localizada dentro del sistema MOM (monooxigenasas microsomales) que se encuentra localizado principalmente de los tejidos animales, Aunque el mayor contenido del sistema MON se encuentra en el hígado, también se encuentra en pulmones, riñon, cerebro, y musculo entre otros, este sistema cataliza ácidos grasos, Esteroides, Eicosanoides, Hidroperóxidos Lipídicos.

4.5.1 Ciclo Catalítico de la Citocromo P450 (sistema MOM).

Ciclo catalítico del P450 en el sistema MOM(Ver Figura N 9) . Una vez que el sustrato se une a P450, el hierro del grupo hemo se reduce al aceptar un electrón de CPR. La hemoproteína

reducida es capaz de unirse en ese momento a una molécula de oxígeno para dar lugar a un complejo “oxi” que es nuevamente reducido para convertirse en un “peroxi”. La entrada de dos protones rompe el enla- ce O-O de manera heterolítica, dando como resultado una molécula de agua y un complejo “oxe- noide”, el cual inserta el oxígeno activado dentro de la molécula del sustrato para oxidarla. Los sitios donde se producen las especies reactivas de oxígeno se encuentran marcadas con líneas gruesas.

Figura N.9 Ciclo Catalítico de la Citocromo P450 [24]

Figura N.9 Ciclo Catalítico de la Citocromo P450 [24]

Las reacciones que conllevan a la producción de ROS son la liberación del anión superoxido O2 •¯, debido a la disminución del complejo oxidado(Oxi-complejo)[R-H-Fe(II) O2 •¯].La segunda fuente productora es la liberación del H2O 2 a partir del Peroxicitocromo P450 [R-H-Fe (III)-O-O], en el momento de su protonacion, está vía es por donde se produce agua molecular que no se producirá por efectos de la alteración metabólica dela P450 [26]

La producción continua de ROS por este sistema, Son el resultado inevitable del consumo NADPH por el el sistema MOM en presencia o ausencia de sustratos, Sin embargo, La participación la participación de cada uno de estos sitios depende varias condiciones, como son el tipo de sustrato, Ph, Fuerza iónica, y concentración de oxígeno, Por lo anterior se ha observado que la actividad de los dos sistemas antes nombrados(NADH y MOM), Incrementan los niveles de antioxidantes celulares como el GSH( Glutatión) y la Catalasa, está inducción de estos antioxidantes en respuesta a un aumento de la actividad del Citocromo P450 evidencia que la célula (Célula hepática-especialmente) se encuentra en un stress oxidativo debido al sistema MOM[26].

 

5.0 Mecanismo de toxicidad de los Radicales Libres (ROS)

Lípidos, Proteínas (Pequeños péptidos), Carbohidratos, DNA y RNA, Son el objetivo de los ROS, Una gran cantidad de cambios han sido identificados que pueden causar los mecanismos que explican los daños en las células, además puede aparecer un efecto acumulativo múltiple de cambios inducidos por una exposición aguda a los ROS que pueden acercar la célula a su muerte, Los ROS no solo pueden oxidar varios sustratos diversos, si no que también inician reacciones de adición que pueden resultar en la reacción covalente de Xenobioticos, O productos de la oxidación de moléculas endógenas a diversa biomoléculas, incluidos especialmente los Lípidos[27].

5.1 Daños al DNA

La ciencia ha demostrado que los ROS, Como las especies reactivas al nitrógeno (RON), tiene la posibilidad de modificar el DNA celular, Los daños causados tiene consecuencias biológicas muy contundentes como mutaciones y transformaciones carcinogénicas, Incluso producir la muerte celular.

Dentro de las bases la Guanina es la base nitrogenada que presenta el potencial de ionización más bajo entre los componentes de los ácidos nucleicos, Por lo tanto es la base más susceptible de ser oxidada por diferentes radicales libres como •OH, 1O2, y ONOO-. (ver explicación en la Figura N.10)[28].

Modificaciones principales sobre los segmentos de guaninas del DNA por radicales hidroxilo. La adición del radical ·OH al C4 del segmento de guanina del DNA (1) genera dos productos de oxidación principales: 2,2-diamino-5-[2-desoxi-b-D-eritro-pentafuranosil amino]- 5(2H)-oxazolona (8) y su precursor 2-amino-5-[2-desoxi-b-D-eritro-pentafuranosil amino]-4H- imidazol-4-ona (7). La adición del radical ·OH al C8 del segmento de guanina conlleva a la formación del 8-oxo-7,8-dihidro-2'-desoxiguanosina (8-oxodGuo) (9), así como del 2,6-diamino-5-for- mamido-4-hidroxipirimidina (FAPY-Gua) (10) .[28].

En cuanto a la timina y la citosina, ambas muestran una variedad de reacciones con el radical hidroxilo. Ahora existe una gran cantidad de información sobre el mecanismo de las mismas,

El radical OH se adiciona o se pega de manera preferente al carbono 5 del segmento de pirimidina, formando un radial centrado en C-6. El carbono 6 es un sitio menos favorable

para la reacción con el OH, por lo que esta reacción lleva a la formación de otros radicales A partir de la reacción con O2, los radicales son convertidos en radicales peroxilo o peroxirradicales . Existen, asimismo, reacciones subsecuentes que derivan en la formación de productos oxidados[28].

Por los mecanismos de acción analizados anteriormente en detalle se sabe que las bases de guanosina son el blanco especifico de los ROS , que generan el producto principal de la oxidación del DNA y cuyo producto final es el 8-oxodGuo causante de las mutaciones celulares.

Figura N.10. Modificaciones principales sobre los segmentos de guanina del DNA por radicales hidroxilo que generan 8-oxodGuo productro principal de la oxidación del DNA[29]

Figura N.10. Modificaciones principales sobre los segmentos de guanina del DNA por radicales hidroxilo que generan 8-oxodGuo productro principal de la oxidación del DNA[29]  El daño sobre el DNA a partir de la peroxidacion endógena de lípidos (Lipoperoxidacion), Ha sido reconocido como un factor contribuyente durante la carcinogénesis. La Lipoperoxidacion es una reacción en cadena iniciada por los radicales libres sobre los ácidos grasos poliinsaturados que forman las membranas celulares, Su relación con el DNA es importante pues los aductos (Aducto: Producto formado por la unión de 2 moléculas sin que se altere su topología) exociclicos de origen endógeno del DNA pueden ser generados por diversos productos de la lipoperoxidacion, entre ellos los más importantes son el 4-hidroxi-2 nonenal (HNE), trans,-2,4-decadienal(DDE) y el malonaldehido(MDA), Los cuales pueden inducir daños en el DNA, ya sea mediante una reacción directo con las bases o bien a través de la reacción de compuestos electrofilicos tales como los epóxidos disfuncionales.[28].   5.2 Daño a los Lípidos (Lipoperoxidacion).  Los ácidos grasos que componen la membrana celular de los animales poseen de 14 a 24 átomos de carbono con posiciones de dobles ligaduras cis y esto los obliga a estar en una posision distal en una unión trans, Un doble enlace en una cadena hidrocarbonada impide la   rotación de los grupos unidos a los átomos de carbono como se observa en la siguiente reacción (R-CH=CH-R)[30]. Los fosfolípidos contiene ácidos grasos con dobles ligaduras en las membranas celulares, Los lípidos de la membrana son moléculas anfipaticas(Poseen una parte polar hidrofilica y una NO polar hidrofóbica), estas contienen regiones hidrocarbonadas con poca afinidad por el agua y al estar en presencia de ella tienden a agregarse en forma de bicapa lipídica, que es la base estructural de la membrana en la que se insertan diversas proteínas, La fluidez de la membrana se debe a la presencia de las dobles ligaduras de los ácidos grasos poliinsaturados, cuando hay daño en estos ácidos grasos, la membrana se vuelve rígida [30](Ver figura N. 10).

El daño sobre el DNA a partir de la peroxidacion endógena de lípidos (Lipoperoxidacion), Ha sido reconocido como un factor contribuyente durante la carcinogénesis. La Lipoperoxidacion es una reacción en cadena iniciada por los radicales libres sobre los ácidos grasos poliinsaturados que forman las membranas celulares, Su relación con el DNA es importante pues los aductos (Aducto: Producto formado por la unión de 2 moléculas sin que se altere su topología) exociclicos de origen endógeno del DNA pueden ser generados por diversos productos de la lipoperoxidacion, entre ellos los más importantes son el 4-hidroxi-2 nonenal (HNE), trans,-2,4-decadienal(DDE) y el malonaldehido(MDA), Los cuales pueden inducir daños en el DNA, ya sea mediante una reacción directo con las bases o bien a través de la reacción de compuestos electrofilicos tales como los epóxidos disfuncionales.[28].

5.2 Daño a los Lípidos (Lipoperoxidacion).

Los ácidos grasos que componen la membrana celular de los animales poseen de 14 a 24 átomos de carbono con posiciones de dobles ligaduras cis y esto los obliga a estar en una posision distal en una unión trans, Un doble enlace en una cadena hidrocarbonada impide la rotación de los grupos unidos a los átomos de carbono como se observa en la siguiente reacción (R-CH=CH-R)[30]. Los fosfolípidos contiene ácidos grasos con dobles ligaduras en las membranas celulares, Los lípidos de la membrana son moléculas anfipaticas(Poseen una parte polar hidrofilica y una NO polar hidrofóbica), estas contienen regiones hidrocarbonadas con poca afinidad por el agua y al estar en presencia de ella tienden a agregarse en forma de bicapa lipídica, que es la base estructural de la membrana en la que se insertan diversas proteínas, La fluidez de la membrana se debe a la presencia de las dobles ligaduras de los ácidos grasos poliinsaturados, cuando hay daño en estos ácidos grasos, la membrana se vuelve rígida [30](Ver figura N. 10).

Figura N.10 Composición de la membrana celular (Membrana lipídica)[30].

Figura N.10 Composición de la membrana celular (Membrana lipídica)[30].

5.2.1 Lipoperoxidacion

Los ácidos grasos monoisaturados, son poco susceptibles a los ataques de los ROS, Mientras que los poliinsaturados(Linoleico, Linoleico, y Araquidónico) son fácilmente atacados debido a sus dobles enlaces conjugados, favoreciendo la baja disociación hemolítica de energía, lo que debilita la unión del átomo de hidrogeno presente en el carbono adyacente a los enlaces[31], Es precisamente a está alta reactividad lo que hace a la lipoperoxidacion lipídica que sea un proceso autacatalitico y de propagación continua[30,31]. El proceso en el que se produce el Lipoperoxidacion se encuentra dividido en tres etapas que son Iniciación(I), Propagación(II)y terminación(III)[31].

Iniciación, Se origina cuando un residuo de un ácido graso poliinsaturado dentro de la membrana lipídica ; Reacciona con los ROS que es capaz de retirar un átomo de hidrogeno entero(electrón y protón a la vez) de un grupo metilo (-CH2-), Al retirar el átomo de hidrogeno el residuo del ácido graso queda como radical libre centrado en el carbono (R• o L•), El carbono que ha perdido el hidrogeno reacciona con el oxígeno molecular O2, para formar el radical Peroxilo (ROO• o LOO•)[30,31](ver figura N.11), Está molécula atrae un hidrogeno metilenico, para reaccionar y formar un hidroxiperoxido o también llamado Lipoperoxido[31], Está moléculas son extremadamente toxicas ya que inactiva a las enzimas por que los residuos de los aminoácidos como metionina, lisina, cisteína e histidina son oxidados. La Propagación en esta reacción la molécula que ha perdido el hidrogeno hará lo mismo a lo que fue sujeta ella (Repite el proceso anterior), O sea retirarle una molécula de hidrogeno completa al ácido graso insaturado adyacente, estableciendo una reacción en cadena y propagando la Lipoperoxidacion a través de la membrana ( en esta etapa también se pueden formar radicales alcoxilo o R•), La longitud de esta cadena lipoperoxidativa depende de la relación de proteínas y lípidos en la membrana, La composición de los ácidos grasos y la presencia de Antioxidantes en la membrana. La Terminación se da cuando finaliza la ciclizacion del proceso, alternativamente cuando el ROO• encuentra una molécula antioxidante capaz de donar un átomo de hidrogeno y se forma de nuevo el radical ROOH terminado la cadena de reacciones[31].Uno de esto donadores es la silimarina (Silibinina A), Proveniente del (Sylibum marianum-Cardo Mariano) y la Vitamina E.

Figura N.11 Lipoperoxidacion iniciada por la abstracción de hidrógenos, lo que genera un radical libre centrado en el carbono[31].

Figura N.11 Lipoperoxidacion iniciada por la abstracción de hidrógenos, lo que genera un radical libre centrado en el carbono[31].

El análisis de esta revisión se centra específicamente en la unión del daño al DNA por los ROS que causa una fibrosis hepática por causa de las Micotoxinas (Aflatoxinas )en las aves que conducen a una lipoperoxidacion acumulativa en el hígado. El daño es de doble vía porque se sabe que los ROS produciodos en la lipoperoxidacion de igual forma tienen la capacidad de inhibir la transcripción del DNA, Inclusive cuando ellos se encuentran en bajas concentraciones, El gradiente de los iones de Ca2+ se altera cuando la enzima ATP-asa pierde su actividad catalítica a consecuencia de lo oxidación de los tioles, que lleva a la célula a la perdida de permeabilidad selectiva de la membrana que la conduce a la muerte celular en casos extremos a causa de Lipoperoxidacion hepática (Ver Imagen N.1).

Imagen N.1 Hígado graso en ponedoras comerciales de 50 semanas de edad (a,b),Hígado friable a,b,f) Exceso de grasa corporal en abdomen(c,d) (Fotos: John Jairo Salazar-Inmunopatologia 2021).

Imagen N.1 Hígado graso en ponedoras comerciales de 50 semanas de edad (a,b),Hígado friable a,b,f) Exceso de grasa corporal en abdomen(c,d) (Fotos: John Jairo Salazar-Inmunopatologia 2021).

 

6.0 Micotoxinas, Causante de daños en el DNA, Citotoxicidad y Lipoperoxidacion Hepática

Recientemente se ha sugerido que gran parte de los efectos tóxicos causado por las micotoxinas son respuesta a los cambios en la expresión génica, Los mecanismos que están interrelacionados y que interactúan como consecuencia de una micotoxicosis son:

Inhibición de la síntesis de DNA y RNA y los aductos de su formación;

Alteración de la estructura de la membrana lipídica, que genera ROS y consecuentemente causa lipoperoxidacion;

Inducción de la muerte celular programada (apoptosis); Y cambios en la expresión de los genes [32]

6.1 T-2 (Tricoticenes)

Se ha sugerido que el mecanismo por el cual la T-2 induce cambios en los genes es debido a que genera un stress oxidativo, El cual activa los patrones de MAPK (Mitogeno activado de protein kinasa) en la membrana de la mitocondrias, El aumento de estos cambios celulares está relacionado con un incremento en el gen c-jun, que está relacionado con una fuerte inducción de la apoptosis celular[32]. Se he demostrado que la inducción de la muerte celular por la toxina T-2 , Incrementa cambios genéticos en la expresión dela relación del radio Bax/Bcl-2 mRNA, la cual se debe a un aumento del gen Bax[33], De hecho el Bcl-2 es un miembro de la familia de los genes que regulan la apoptosis, dicha familia incluye miembros responsables de la supresión de la muerte celular conducido por las proteínas Bcl-2 y Bcl XL[33], En lo particular se cree que el Bcl-2, puede prevenir la apoptosis celular y además la activación de la cascada de las caspasas[33], Altos niveles de Bax y Bcl-2 incrementan la muerte celular y generan una alta actividad apoptotica [33].

6.2 DON (Deoxinivanelol) Vomitoxina

El Principal efecto toxigenico está asociado, con la inhibición de la síntesis de proteína vía unión de los ribosomas. Las vías de señalización activadas por el DON(vomitoxina), están asociadas con un aumento en la expresión del gen p21 que incluyen la kinasa PI3 y la cascada de las kinasas MAP ERK-1 y MAP ERK-2, es importante señalar que la regulación del daño está asociada por la detección de la proteína p21 que detecta el daño en la fase G1 del DNA, que está bajo el control de la secuencia transcripcional de la p53[34], El DON estimula la producción de la IL-8 que es el intermediario transcripcional del factor NF-kappaß, Específicamente en la proteína p65[34], se ha observado que el DON incrementa la producción de la proteína p65 y p 21, alterando la producción de genes pro inflamatorios y de genes antioxidantes[35]

6.3 OTA (Ocratoxinas)

La exposición a los ROS a nivel intracelular causa un daño oxidativo en el DNA y uno de los efectos más pronunciados es la citotoxicidad[36], Hay una alta evidencia científica que el stress oxidativo en respuesta a la acumulación de OTA disminuye la activación de los genes que regulan la actividad antioxidante[37]

6.4   AFB (Aflatoxinas)

La bioactivacion de las aflatoxinas para producir citotoxicidad especialmente ocurre en los hepatocitos, son inicialmente absorbidas en el intestino delgado, especialmente en el duodeno[38], La mayoría de las micotoxinas son metabolizadas en el hígado donde la AFB1 es convertida por la enzima citocromo P450 (CYP) en exo AFB1-8,9-epoxide(AFBO)[38].en una molécula altamente reactiva y fuertemente electrofilica en los hepatocitos, La AFBO es un metabolito altamente inestable que rápidamente reacciona con los aductos de DNA y RNA, causando toxicidad, La AFBO es detoxificada inicialmente por la enzima glutatión S-transferasa (GTS), que agrega glutatión (GSH), con la formación del aducto 8,9-dihidro-8-(S-glutationyl)-9-hidroxi-AFB1 (ver figura N.12)

Figura N.12 Metabolismo enzimático del bloqueo de la AFB1, Por el glutatión(GSH)[39]

Figura N.12 Metabolismo enzimático del bloqueo de la AFB1, Por el glutatión(GSH)[39]

La unión del AFBO al DNA introduce una transversion mutagenica de los aminoácidos gunina(G), y Timina(T) (G-T) en los hepatocitos, está transversion se produce en el codón 249 de la p53, proteína supresora de tumores, La cual hasido identificada como la causante del cáncer hepático[40,41].

6.5 Malonaldehido (MDA) Indicador de Toxicidad Hepática consecuencia de Lipoperoxidacion(ROS) y Daños en el DNA

Los efectos tóxicos de las micotoxinas conducen a un stress oxidativo, que causa una liberación de ROS (Radicales libres), el incremento en la producción de ROS, genera un fuerte daño en el DNA, Proteinas y lípidos[42], Cuando se produce un estado de sobreproducción de ROS, como el radical hidroxilo •OH, El radical Perhidroxil HOO•-, El anion superoxido O2- y los radicales oxido nítricos (NO), se pueden generar severos daños en la cadena del DNA, proteínas y membranas lipídicas, La muerte celular es posible si se produce una fuerte Lipoperoxidacion, Lo que indica las graves consecuencias de la toxicidad por micotoxinas[43], Para enfrentar este daño las células utilizan el sistema enzimático primarios y secundarios, La s enzimas antioxidantes tales como la superoxido Dismutasa(SOD), Catalasa(CAT), Glutation Reductasa(GR), Glutation Peroxidasa(GSH-Px), Se han hecho varios estudios para demostrar el efecto negativo de las micotoxinas sobre el metabolismo de las grasa y el daño en el DNA y el sistema enzimático antioxidante (ver tabla N.1).

Tabla N. 1 Efectos de la Micotoxinas sobre Lipoeroxidacion e Indicativos de cambios enzimáticos .

Efectos de la Micotoxinas sobre Lipoeroxidacion e Indicativos de cambios enzimáticos .

En varios estudios referenciados en la tabla N.1, Se demuestra que la generación de radicales libres, conducen a un aumento de la producción de MDA, pero disminuyen la actividad enzimática primaria de las enzimas SOD, CAT, GSH-Px, GR, en el hígado, las cuales tiene una actividad antioxidante, conduciendo más rápidamente a una apoptosis celular, Los efectos de estos cambios celulares fueron evaluados en pollos de un día de edad desafiados con una dosis de 1ppm de AFB1 en la dieta, por lo tanto se demostró que los radicales libres generados por el daño en el DNA que conducen a una lipoperoxidacion causa de una desequilibrio en la actividad enzimática, que condujo a concluir que el fuerte daño metabólico es causado por el MDA (malonaldehido)[46].

 

7.0 Discusión

Los radicales libres (ROS) cumplen funciones muy importantes en varios procesos para mantener la homeostasis del cuerpo que mantiene en equilibrio el metabolismo celular, esos procesos se realizan mediante reacciones de óxido-reducción que son esenciales para la vida, como destrucción de micoorganismos por la fagocitosis, Síntesis de mediadores inflamatorios, Ciclo equilibrado del metabolismo de los ácidos grasos poliinsaturados(PUFAS); sin embargo, Cuando se generan en cantidades excesivas se vuelven tóxicos por que alteran la naturaleza biológica desencadenando fuertes trastornos en el metabolismo celular[53].

Desde el punto de vista bioquímico un ROS está representado por una molécula que poseen uno o más electrones desapareados (Un número impar de electrones), girando en sus orbitales atómicos externos[54]. Los ROS se clasifican de acuerdo al grupo funcional que está presente en la molécula, como son los del oxígeno, los de los grupos tioles, y otros que tienen hierro y nitrógeno[55], Por la relevancia del oxígeno en los procesos metabólicos, son los más investigados, El O2 es una molécula muy inestable, Para que una molécula sea estable bioquímicamente debe contener 8 electrones en su último orbital, El O2 posee 6 átomos en su último orbital por eso necesita 2 electrones para volverse estable, esta es la razón de que sea una molecual altamente reactiva y de corta duración[56], Las fuentes de energía como la glucosa se metabolizan en el citoplasma inicialmente, los productos de esto se incorporan a las mitocondrias , que prosiguen con el catabolismo a través de las vías metabólicas, Como el ciclo de la oxidación de los ácidos grasos y la oxidación de los aminoácidos, El resultado final de estas vías es la producción de dos donantes de electrones muy energéticos que son el NADH y el FADH2[18], Los electrones de estos donantes se transfieren a través de una cadena de transporte electrónico hasta el O2 que mediante pasos se va reduciendo para formar agua molecular, este proceso de reducción se da en la membrana interna mitocondrial[18], Los electrones que se escapan de manera prematura al O2 da lugar a la formación del radical anión superoxido (O2 •¯), que se difundirá al citosol , que dismutara en peróxido de hidrogeno(H2O2), que tienen la capacidad de atravesar la membrana mitocondrial, sin embargo en casos de lesión hepática con daño en la membrana mitocondrial el radical supeoxido difunde hacia el citosol desencadenando una cascada de reacciones mediadas por los ROS[20], En la avicultura moderna, donde las aves deben sacar una gran cantidad de energía de los nutrientes(Maíz, Germen de trigo, Aceites de palma) de la dieta, en este punto es donde radica la importancia de entender la importancia de el stress oxidativo que se puede presentar por un mal comportamiento en dichas dietas(Defectos en su calidad y en su cantidad), lo que puede conducir a un mal funcionamiento en la cadena respiratoria que ocurre en la mitocondria, especialmente si el electrón necesario no llega al complejo IV de dicha cadena(Que reduce el oxígeno a agua molecular), el cual se puede conformar como un anión O2 •¯, el cual presenta un electrón desapareado y de esta manera conformar los ROS[17,18,20], El fenómeno anterior es más probable cuando la tasa de conformación del ATP es mucho mayor(Dietas hipercalóricos en animales hipermetabolicos para lograr altas producciones), ya que se aumentan las tasas de O2 [17].

La mayoría las macromoléculas biológicas pueden ser oxidadas por los ROS[57,58], sin embargo se ha demostrado que las moléculas más susceptibles son los lípidos[59]. La lipoperoxidacion(LPO)(Ver figura N.13), cuyo mecanismos de producción, Diagnóstico y control hansido ampliamente investigados[30,31], Por lo tanto se ha demostrado que en los sistemas biológicos puede ocurrir de dos formas, Enzimático y no enzimático, la última forma de presentación es la que hace referencia con el stress oxidativo y el daño celular[60].

La LPO es altamente destructiva, porque su producción se desarrolla como una reacción en cadena que se perpetua[31], Se inicia cuando los ROS reaccionan con los ácidos grasos poliinsaturados(PUFAS) en la membrana celular y le extrae un átomo de hidrogeno al grupo metilo adyacente al doble enlace del carbono que termina formando el Radical Libre Acil-ácido graso, está molécula adiciona O2 y lo transforma en un Peroxilo ácido graso, que actúa como transportador en la reacción en cadena, atacando otros PUFAS he iniciado nuevamente la reacción para formar constantemente LPO[30,31], Por lo tanto es que los productos finales de la LPO, son lípidos per-oxidados que al degradarse, originan nuevos ROS y una inmensa variedad de complejos citotóxicos como los aldehídos 4-hidroxinonenal(4-HNE), y el malondialdehido (MDA) [30,31,44,45,46,47]. Las consecuencias del daño causado por los MDA son más críticos cuando los PUFAS forman parte de las membranas celulares, que además causan daño en el DNA afectando la fluidez, Cohesión, permeabilidad y función metabólica [57].

La molécula de ADN constituye un un lugar específico de los daño causados por los ROS, principalmente el ADN mitocondrial[57], Este ADN(mitocondrial), se encuentra muy expuesto a los ROS por su localización, que es consecuencia de todo el proceso de la cadena respiratoria, La mitocondria carece de Histonas en su estructura , que le restan estabilidad molecular para lograr un eficiencia en el proceso de reparación del daño a el DNA y RNA[61]. Dentro de los cambios que sufre el ADN se encuentran la oxidación de la desoxirribosas, ruptura y entrecruzamiento de las cadenas de DNA, Modificación de las bases nitrogenadas[59]. Las Micotoxinas causan daños en las moléculas del DNA, que conducen a una Lipoperoxidacion(LPO)cuyo efecto es una disminución en la producción de las enzimas antioxidantes[62](ver figura N.13.), Cuando las micotoxinas alteran el DNA deterioran el metabolismo de los ácidos grasos poliinsaturados, Aumentando la producción de MDA y disminuyendo la producción de las enzimas antioxidantes, Superoxido dismutasa (SOD),Catalasa(CAT),Glutatión (GSH), Glutatión reductasa (GR)[44,45,46,47,48,49,50,51] teniendo en cuenta que los granos para alimentar las aves presentan una contaminación por micotoxinas de un 25% y que de estas el 100% contiene fusarium(T-2)que altera fuertemente el DNA[62] conducen el ave una alta producción de MDA que deteriora el metabolismo hepático.

 

8.0 Conclusiones

Los bajos niveles de micotoxinas en los granos son difícilmente detectables, sus efectos pueden pasar desapercibidos, sin embargo la respuesta sobre el sistema inmune es más fácil de detectar, no así los cambios detrimentales en el DNA y el metabolismo de las grasas, un ejemplo claro de ello es una disminución de la incubabilidad en un 0.5%.

La combinación de varias micotoxinas presentes en el alimento (300 identificadas) puede producir varios metabolitos tóxicos, Esa combinación de bajas dosis, causa un alto efecto detrimental en el metabolismo de los ácidos grasos poliinsaturados, que generan citotoxicidad hepática (LPO).

El Stress Oxidativo que genera Radicales libres(ROS) ciclando constantemente, puede tener su origen en una mezcla de bajas dosis de varias micotoxinas(Aflatoxina B1) al producir exo AFB1-8,9-epoxide(AFBO), Molécula altamente reactiva que altera al DNA y genera LPO.

Figura N.13 Interrelaciones de los mecanismos por los cuales los ROS dañan a las células. Cuando los ROS interactúan con los lípidos, Proteínas, y DNA , se producen numerosos cambios que potencializan la muerte celular. Tomado de Kehrer and Klotz.(2015)[31].

Figura N.13 Interrelaciones de los mecanismos por los cuales los ROS dañan a las células. Cuando los ROS interactúan con los lípidos, Proteínas, y DNA , se producen numerosos cambios que potencializan la muerte celular. Tomado de Kehrer and Klotz.(2015)[31].

Referencias bibliográficas

 
remove_red_eye 249 forum 0 bar_chart Estadísticas share print
Compartir:
close
Ver todos los comentarios
 
Copyright © 1999-2021 Engormix - All Rights Reserved