Columna de Ciencia y Tecnología
Ana Denicola
Muchas veces hemos escuchado lo dañinos que son los radicales libres para nuestro organismo, pero ¿qué son los radicales libres? ¿por qué nos hacen daño?
Cuando se enseñan en el liceo los fundamentos de la química, se explica que en la mayoría de las moléculas existe un número par de electrones, cuya carga negativa neutraliza la carga positiva de los núcleos correspondientes. Normalmente cada electrón se aparea con otro y esos pares ocupan niveles de diferente energía, que se describen mediante funciones conocidas como orbitales. También existen especies (más o menos estables) donde el número de electrones es impar y uno de los electrones queda sin compañero (desapareado). Esas son las especies que denominamos radicales libres.
Los radicales libres son en general compuestos muy reactivos y oxidantes; al tener un electrón desapareado en su estructura química tratan de captar otro electrón para completar el orbital, oxidando a la molécula con la que reaccionan. Los radicales que se forman en nuestro organismo pueden entonces oxidar otras biomoléculas (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos) y alterar su función fisiológica.
La formación de radicales puede ser por acción exógena, como ser la radiación ultravioleta sobre nuestra piel, o por reacciones endógenas en el interior de nuestras células, como ser la formación de radicales del oxígeno en la respiración celular. Dentro del grupo de radicales biológicos y especies derivadas del oxígeno (en inglés se abrevian como ROS, "Reactive Oxygen Species") encontramos al radical superóxido, el peróxido de hidrógeno (que comúnmente llamamos "agua oxigenada") y el radical hidroxilo, entre otras.
Ante la formación indeseada de estos oxidantes, el organismo se defiende con una batería de compuestos antioxidantes. Muchos de estos antioxidantes los incorporamos de la dieta, como las vitaminas C y E, otros los sintetizamos nosotros como el glutatión, además de enzimas antioxidantes como catalasa, superóxido dismutasa (SOD) y peroxirredoxinas.
Cuando la producción de oxidantes excede la capacidad del organismo de neutralizarlos o reparar el daño oxidativo, se genera una condición conocida como "Estrés Oxidativo". En 1985 el Prof. Helmut Sies (Universidad de Dusseldorf, Alemania) definió "Estrés Oxidativo" como un desbalance entre oxidantes y antioxidantes a favor de los primeros, resultando en daño oxidativo a nivel de biomoléculas. Esta condición de estrés oxidativo está asociada con muchas patologías inflamatorias como ser enfermedades cardiovasculares (ateroesclerosis, hipertensión), neurodegenerativas como Alzheimer y Parkinson, cáncer, incluso con el envejecimiento. Parece lógico pensar que un organismo con un buen nivel de antioxidantes, se defiende mejor de la sobreproducción de radicales oxidantes y de esa manera evitamos el desarrollo de estas enfermedades. Pero el funcionamiento de nuestro organismo no es tan sencillo; en esta película no siempre los radicales son los personajes malos y los antioxidantes los buenos. Consecuentemente no alcanza solo con aumentar la actuación de los buenos personajes para poder llegar a un final feliz.
Hay radicales que no son tan reactivos, ni siquiera oxidantes. Es más, hay radicales que se forman en nuestro organismo para cumplir una función fisiológica y no los debemos eliminar. Por ejemplo, las células de nuestro sistema inmune dependen de la formación de radicales oxidantes para ejercer su función de eliminar los microbios patógenos. Otro ejemplo es el óxido nítrico (.NO), un radical libre que se forma en nuestro organismo por acción de una enzima específica (la óxido nítrico sintasa, NOS) para cumplir funciones fisiológicas como la relajación de los vasos sanguíneos y mantener la correcta presión arterial.
Investigaciones científicas desarrolladas aquí en Uruguay han contribuido a entender cómo funcionan estos radicales a nivel biológico, en particular, la reacción de terminación entre dos radicales: óxido nítrico y anión superóxido, para formar una especie no radicalaria pero muy oxidante llamada peroxinitrito.
Conocer cómo se producen estos radicales en nuestro organismo en condiciones fisiológicas así como patológicas, cómo reaccionan, cuál es el mecanismo de acción a nivel molecular, nos permitiría intervenir adecuadamente para prevenir y/o reparar una situación de estrés oxidativo. El uso de antioxidantes (que vienen con la dieta, o con una intervención farmacológica), debe ser específico sobre cierto tipo de radicales nocivos para ser efectivo y además actuar en el tejido o compartimento subcelular donde se está dando la excesiva formación de ese radical.
Más recientemente, a la luz de nuevas evidencias experimentales, el concepto de "Estrés Oxidativo" ha cambiado. En 2006, el Dr. Dean Jones (Emory Univ., EEUU) lo redefinió como un desbalance entre oxidantes y antioxidantes que conduce a una disrupción del estado redox celular. Por estado redox celular nos referimos al delicado equilibrio entre reacciones de oxidación y reducción que ocurren para mantener una célula viva. Esta nueva definición tiene en cuenta aspectos más recientes de la bioquímica de estos radicales y especies derivadas, como ser su rol como moléculas señalizadoras y su acción fisiológica a bajas concentraciones.
En la concepción actual, un buen antioxidante no es solo un compuesto de alto potencial reductor que reacciona directamente con el radical oxidante, sino aquel capaz de desarrollar una respuesta antioxidante a nivel celular, interviniendo en la cascada de señalización redox que finalmente conduce al aumento en la expresión de enzimas antioxidantes, disminuyendo entonces el estado de estrés oxidativo.
Más difícil quizás de visualizar es el hecho de que un oxidante (como el peróxido de hidrógeno) en dosis bajas (o transitorias), genera un efecto beneficioso antioxidante (a través de su rol señalizador). Ahora, si los niveles de ese oxidante son elevados, o llegamos a una producción prolongada en el tiempo, crónica, el efecto es dañino, ya que se oxidan irreversiblemente macromoléculas críticas para el correcto funcionamiento de la célula, pudiendo llevar a la muerte celular.
Para evaluar el potencial antioxidante de cierto compuesto (natural o sintético), se desarrollan estudios en modelos celulares y animales de enfermedad, así como también ensayos clínicos en humanos. La terapia antioxidante no ha funcionado como se esperaba inicialmente, ya que no puede ser general e inespecífica. La bioquímica de estos procesos es compleja, todavía estamos investigando para conocer cómo funcionan a nivel molecular.
No hay dudas que una dieta rica en frutas y verduras brinda el aporte adecuado de antioxidantes para no favorecer una condición de estrés oxidativo prolongado, pero no es el único factor responsable en la prevención de enfermedades asociadas a este estrés.
Dra. Q. F. Ana Denicola, PhD. Profesora Titular (G5), Facultad de Ciencias, UdelaR. Investigadora G5 PEDECIBA. Nivel III Sistema Nacional de Investigadores
ana.denicola@gmail.com
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