El papel de la oxidación microsomal en la vida del organismo es difícil de sobrestimar o pasar por alto. La inactivación de xenobióticos (sustancias tóxicas), la descomposición y formación de hormonas suprarrenales, la participación en el metabolismo de las proteínas y la preservación de la información genética son solo una pequeña parte de los problemas conocidos que se resuelven debido a la oxidación microsomal. Este es un proceso autónomo en el cuerpo que comienza después de la entrada de la sustancia desencadenante y termina con su eliminación.
Definición
La oxidación microsomal es una cascada de reacciones incluidas en la primera fase de la transformación xenobiótica. La esencia del proceso es la hidroxilación de sustancias utilizando átomos de oxígeno y la formación de agua. Debido a esto, la estructura de la sustancia original cambia y sus propiedades pueden suprimirse y mejorarse.
La oxidación microsomal le permite proceder a la reacción de conjugación. Esta es la segunda fase de la transformación de los xenobióticos, al final de la cual las moléculas producidas en el interior del cuerpo se unirán al grupo funcional ya existente. A veces se forman sustancias intermedias que provocan daño a las células hepáticas, necrosis y degeneración oncológica de los tejidos.
Oxidación tipo oxidasa
Las reacciones de oxidación microsomal ocurren fuera de las mitocondrias, por lo que consumen alrededor del diez por ciento de todo el oxígeno que ingresa al cuerpo. Las enzimas principales en este proceso son las oxidasas. Su estructura contiene átomos de metales con valencia variable, como hierro, molibdeno, cobre y otros, lo que significa que son capaces de aceptar electrones. En la célula, las oxidasas se encuentran en vesículas especiales (peroxisomas) que se encuentran en las membranas externas de las mitocondrias y en el RE (retículo endoplásmico granular). El sustrato, al caer sobre los peroxisomas, pierde moléculas de hidrógeno, que se adhieren a una molécula de agua y forman peróxido.
Solo hay cinco oxidasas:
- monoaminooxigenasa (MAO) - ayuda a oxidar la adrenalina y otras aminas biogénicas producidas en las glándulas suprarrenales;
- diaminooxigenasa (DAO) - implicada en la oxidación de la histamina (un mediador de la inflamación y las alergias), poliaminas y diaminas;
- oxidasa de L-aminoácidos (es decir, moléculas levógiras);
- oxidasa de D-aminoácidos (moléculas que giran a la derecha);
- xantina oxidasa: oxida la adenina y la guanina (bases nitrogenadas incluidas en la molécula de ADN).
La importancia de la oxidación microsomal por tipo oxidasa es eliminar xenobióticos e inactivar sustancias biológicamente activas. La formación de peróxido, que tiene un efecto bactericida y de limpieza mecánica en el lugar de la lesión, es un efecto secundario que ocupa un lugar importante entre otros efectos.
Oxidación tipo oxigenasa
Las reacciones de tipo oxigenasa en la célula también ocurren en el retículo endoplásmico granular y en las capas externas de las mitocondrias. Esto requiere enzimas específicas, las oxigenasas, que movilizan una molécula de oxígeno del sustrato y la introducen en la sustancia oxidada. Si se introduce un átomo de oxígeno, la enzima se denomina monooxigenasa o hidroxilasa. En el caso de la introducción de dos átomos (es decir, una molécula entera de oxígeno), la enzima se llama dioxigenasa.
Las reacciones de oxidación de tipo oxigenasa son parte de un complejo multienzimático de tres componentes, que participa en la transferencia de electrones y protones desde el sustrato, seguido de la activación del oxígeno. Todo este proceso tiene lugar con la participación del citocromo P450, del que hablaremos con más detalle más adelante.
Ejemplos de reacciones de tipo oxigenasa
Como se mencionó anteriormente, las monooxigenasas usan solo uno de los dos átomos de oxígeno disponibles para la oxidación. El segundo se unen a dos moléculas de hidrógeno y forman agua. Un ejemplo de tal reacción es la formación de colágeno. En este caso, la vitamina C actúa como donante de oxígeno, la prolina hidroxilasa toma de ella una molécula de oxígeno y se la da a la prolina, que a su vez se incluye en la molécula de procolágeno. Este proceso da fuerza y elasticidad al tejido conectivo. Cuando el cuerpo tiene deficiencia de vitamina C, se desarrolla la gota. Se manifiesta por debilidad del tejido conectivo, sangrado, hematomas, pérdida de dientes, es decir, la calidad del colágeno en el cuerpo se vuelveabajo.
Otro ejemplo son las hidroxilasas, que convierten las moléculas de colesterol. Esta es una de las etapas en la formación de hormonas esteroides, incluidas las hormonas sexuales.
Hidroxilasas específicas bajas
Estas son hidrolasas necesarias para oxidar sustancias extrañas como los xenobióticos. El significado de las reacciones es hacer que dichas sustancias sean más manejables para la excreción, más solubles. Este proceso se denomina desintoxicación y tiene lugar principalmente en el hígado.
Debido a la inclusión de una molécula completa de oxígeno en los xenobióticos, el ciclo de reacción se rompe y una sustancia compleja se descompone en varios procesos metabólicos más simples y accesibles.
Especies reactivas de oxígeno
El oxígeno es una sustancia potencialmente peligrosa, ya que, de hecho, la oxidación es un proceso de combustión. Como molécula O2 o agua, es estable y químicamente inerte porque sus niveles eléctricos están llenos y no se pueden unir nuevos electrones. Pero los compuestos en los que el oxígeno no tiene un par de todos los electrones son altamente reactivos. Por lo tanto, se les llama activos.
Tales compuestos de oxígeno:
- En las reacciones de monóxido, se forma superóxido, que se separa del citocromo P450.
- En las reacciones de oxidasa, se produce la formación de anión peróxido (peróxido de hidrógeno).
- Durante la reoxigenación de tejidos que han sufrido isquemia.
El agente oxidante más fuerte es el radical hidroxilo,existe en forma libre por sólo una millonésima de segundo, pero durante este tiempo muchas reacciones oxidativas tienen tiempo de llevarse a cabo. Su peculiaridad es que el radical hidroxilo actúa sobre las sustancias únicamente en el lugar donde se formó, ya que no puede penetrar en los tejidos.
Superoxidanión y peróxido de hidrógeno
Estas sustancias son activas no solo en el lugar de formación, sino también a cierta distancia de ellas, ya que pueden penetrar las membranas celulares.
El grupo hidroxi provoca la oxidación de residuos de aminoácidos: histidina, cisteína y triptófano. Esto conduce a la inactivación de los sistemas enzimáticos, así como a la interrupción de las proteínas de transporte. Además, la oxidación microsomal de los aminoácidos conduce a la destrucción de la estructura de las bases nitrogenadas nucleicas y, como resultado, sufre el aparato genético de la célula. Los ácidos grasos que forman la capa bilipídica de las membranas celulares también se oxidan. Esto afecta su permeabilidad, el funcionamiento de las bombas electrolíticas de membrana y la ubicación de los receptores.
Los inhibidores de la oxidación microsomal son antioxidantes. Se encuentran en los alimentos y se producen dentro del cuerpo. El antioxidante más conocido es la vitamina E. Estas sustancias pueden inhibir la oxidación microsomal. La bioquímica describe la interacción entre ellos según el principio de retroalimentación. Es decir, cuantas más oxidasas, más fuerte se suprimen, y viceversa. Esto ayuda a mantener el equilibrio entre los sistemas y la constancia del entorno interno.
Cadena de transporte eléctrico
El sistema de oxidación microsomal no tiene componentes solubles en el citoplasma, por lo que todas sus enzimas se acumulan en la superficie del retículo endoplásmico. Este sistema incluye varias proteínas que forman la cadena de electrotransporte:
- NADP-P450 reductasa y citocromo P450;
- SOBRE-citocromo B5 reductasa y citocromo B5;
- esteatoril-CoA desaturasa.
El donante de electrones en la gran mayoría de los casos es NADP (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). Es oxidado por la NADP-P450 reductasa, que contiene dos coenzimas (FAD y FMN), para aceptar electrones. Al final de la cadena, FMN se oxida con P450.
Citocromo P450
Esta es una enzima de oxidación microsomal, una proteína que contiene hemo. Se une al oxígeno y al sustrato (por regla general, es un xenobiótico). Su nombre está asociado a la absorción de luz a partir de una longitud de onda de 450 nm. Los biólogos lo han encontrado en todos los organismos vivos. Por el momento se han descrito más de once mil proteínas que forman parte del sistema del citocromo P450. En las bacterias, esta sustancia se encuentra disuelta en el citoplasma, y se cree que esta forma es la más antigua evolutivamente que en los humanos. En nuestro país, el citocromo P450 es una proteína parietal fijada en la membrana endoplásmica.
Las enzimas de este grupo están involucradas en el metabolismo de esteroides, ácidos biliares y grasos, fenoles, neutralización de sustancias medicinales, venenos o drogas.
Propiedades de la oxidación microsomal
Procesos de microsomalLas oxidaciones tienen una amplia especificidad de sustrato y esto, a su vez, permite neutralizar una variedad de sustancias. Once mil proteínas del citocromo P450 se pueden plegar en más de ciento cincuenta isoformas de esta enzima. Cada uno de ellos tiene una gran cantidad de sustratos. Esto permite que el cuerpo se deshaga de casi todas las sustancias nocivas que se forman en su interior o que provienen del exterior. Producidas en el hígado, las enzimas de oxidación microsomal pueden actuar tanto localmente como a una distancia considerable de este órgano.
Regulación de la actividad de oxidación microsomal
La oxidación microsomal en el hígado está regulada a nivel del ARN mensajero, o más bien su función: la transcripción. Todas las variantes del citocromo P450, por ejemplo, quedan registradas en la molécula de ADN, y para que aparezca en el EPR es necesario “reescribir” parte de la información del ADN al ARN mensajero. Luego, el ARNm se envía a los ribosomas, donde se forman las moléculas de proteína. El número de estas moléculas está regulado externamente y depende de la cantidad de sustancias a desactivar, así como de la presencia de los aminoácidos necesarios.
Hasta la fecha, se han descrito más de doscientos cincuenta compuestos químicos que activan la oxidación microsomal en el cuerpo. Estos incluyen barbitúricos, carbohidratos aromáticos, alcoholes, cetonas y hormonas. A pesar de esta aparente diversidad, todas estas sustancias son lipofílicas (liposolubles) y, por lo tanto, susceptibles al citocromo P450.
