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¿QUÉ SON LOS ANTIOXIDANTES?
Índice
Historia
La paradoja del oxígeno
Antioxidantes
Actividades pro-oxidantes
Sistemas de enzimas
Estres oxidativo y enfermedades
Efectos
en la salud
Medida y
niveles en los alimentos
Usos en tecnologia
Documentacion y
referencias
Actividades pro-oxidantes
Los antioxidantes que son
agentes de reducción pueden también actuar como pro-oxidantes. Por
ejemplo, la
vitamina C tiene actividad antioxidante cuando reduce
sustancias oxidantes tales como el peróxido de hidrógeno, sin
embargo puede también reducir iones de metales lo que conduce a la
generación de
radicales libres a través de la reacción de Fenton.
2Fe3+
+ Ascorbato -> 2Fe2+ + Dehidroascorbato
2Fe2+ + 2 H2O2 -> 2Fe3+ + 2OH· + 2OH−
La
importancia relativa de las actividades de los antioxidantes como pro-oxidantes
y antioxidantes es un área de investigación actual, pero la
vitamina C, por ejemplo, parece tener una acción mayormente
antioxidante en el cuerpo. Sin embargo hay menos datos disponibles para
otros antioxidantes de la dieta, como los
polifenoles antioxidantes, el
zinc, y la
vitamina E.
Sistemas de enzimas
Como con los antioxidantes
químicos, las células son protegidas contra el estrés oxidativo por una
red de enzimas antioxidantes. El superóxido liberado por procesos tales
como la fosforilación oxidativa, primero se convierte en peróxido de
hidrógeno e inmediatamente se reduce para dar agua. Esta ruta de detoxificación es el resultado de múltiples enzimas con la superóxido
dismutasa catalizando el primer paso y luego las catalasas y varias
peroxidasas que eliminan el peróxido de hidrógeno. Como con los
metabolitos antioxidantes, las contribuciones de estas enzimas pueden
ser difíciles de separar una de otra, pero la generación de ratones
transgénicos que carecen solo de una enzima antioxidante puede ser
informativa.
Las superóxido dismutasas (SODs)
son una clase de las enzimas cercanamente relacionadas que catalizan el
pasaje del anión de superóxido en peróxido de oxígeno y de hidrógeno.
Las enzimas SODs están presentes en casi todas las células aerobias y en
el líquido extracelular. Las enzimas superóxido dismutasa contienen
iones metálicos como cofactores que, dependiendo de la isoenzima, pueden
ser cobre, zinc, manganeso o hierro. En los seres humanos, las SODs de
zinc/cobre están presentes en el citosol, mientras que las SODs de
manganeso se encuentran en las mitocondrias. También existe una tercera
forma de SODs en líquidos extracelulares, que contiene el cobre y el
zinc en sus sitios activos. La isoenzima mitocondrial parece ser la más
importante biológicamente de estas tres, puesto que los ratones que
carecen de esta enzima mueren poco después de nacer. En cambio, los
ratones que carecen de SODs de zinc/cobre son viables aunque disminuye
su fertilidad, mientras que los ratones sin SODs extracelular tienen
defectos mínimos. En plantas, las isoenzimas de SODs están presentes en
el citosol y las mitocondrias, con SODs de hierro encontradas en
cloroplastos y ausentes en los vertebrados y las
levaduras.
Las catalasas son enzimas
que catalizan la conversión del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno
usando hierro o manganeso como cofactor. Esta
proteína se localiza en
los peroxisomas de la mayoría de las células eucariotas. La catalasa es
una enzima inusual ya que aunque el peróxido de hidrógeno es su único
sustrato, sigue un mecanismo de ping-pong. Su cofactor es oxidado por
una molécula de peróxido de hidrógeno y después regenerado transfiriendo
el oxígeno enlazado a una segunda molécula de sustrato. A pesar de su
evidente importancia en la eliminación del peróxido de hidrógeno, los
seres humanos con deficiencia genética de la catalasa –"acatalasemia"– o
los ratones genéticamente modificados para carecer completamente de
catalasa sufren de pocos efectos negativos
Las peroxirredoxinas son
peroxidasas que catalizan la reducción de peróxido de hidrógeno,
hidroperóxido orgánico y peroxinitrito. Se dividen en tres clases: las
típicas 2-cisteín peroxirredoxinas; las atípicas 2-cisteín
peroxirredoxinas; y las 1-cisteín peroxirredoxinas. Estas enzimas
comparten el mismo mecanismo catalítico básico, en el cual una cisteína
redox-activa en el sitio activo es oxidada a un ácido sulfénico por el
sustrato del peróxido.
Las peroxirredoxinas
parecen ser importantes en el metabolismo antioxidante, pues los ratones
que carecen de peroxirredoxina 1 o 2 acortan su esperanza de vida y
sufren de anemia hemolítica, mientras que las plantas utilizan
peroxirredoxinas para quitar el peróxido de hidrógeno generado en los
cloroplastos.
El sistema de la
tiorredoxina contiene la
proteína tiorredoxina de 12-kDa y su
tiorredoxina reductasa compañera.
Las
proteínas relacionadas
con la tiorredoxina están presentes en todos los organismos
secuenciados, con plantas tales como la Arabidopsis thaliana que tiene
una diversidad particularmente grande de isoformas. El sitio activo de
la tiorredoxina consiste en dos cisteínas vecinas, como parte de un
motivo estructural CXXC altamente conservado que puede ciclar entre una
forma activa del ditiol reducida y la forma oxidada del disulfuro. En su
estado activo, la tiorredoxina actúa como un agente de reducción
eficiente removiendo especies reactivas del oxígeno y manteniendo otras
proteínas en su estado reducido. Después de ser oxidado, la tiorredoxina
activa es regenerada por la acción de la tiorredoxina reductasa, usando
NADPH como donante del electrones.
El sistema del glutatión
incluye glutatión, glutatión reductasa, glutatión peroxidasa y glutatión
S-transferasa. Este sistema se encuentra en animales, plantas y
microorganismos. La glutatión peroxidasa es una enzima que contiene
cuatro cofactores de selenio que catalizan la ruptura del peróxido de
hidrógeno y de hidroperóxidos orgánicos. Hay por lo menos cuatro
diferentes isoenzimas de glutatión peroxidasa en animales. La glutatión
peroxidasa 1 es la más abundante y es un muy eficiente removedor del
peróxido de hidrógeno, mientras que la glutatión peroxidasa 4 es la más
activa con las hidroperóxidos de
lípidos. Asombrosamente, la glutatión
peroxidasa 1 no es indispensable, ya que ratones que carecen de esta
enzima tienen esperanzas de vida normales, pero son hipersensibles al
estrés oxidativo inducido. Además, las glutatión S-transferasas son otra
clase de enzimas antioxidantes dependientes de glutatión que muestran
una elevada actividad con los peróxidos de
lípidos. Estas enzimas se
encuentran en niveles particularmente elevados en el hígado y también
sirven en el metabolismo de la detoxificación.
Estrés oxidativo y
enfermedades
Se piensa que el estrés
oxidativo contribuye al desarrollo de una amplia gama de enfermedades
incluyendo la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, las
patologías causadas por la diabetes, la artritis reumatoide, y
neurodegeneración en enfermedades de las neuronas motoras. En muchos de
estos casos, no es claro si los oxidantes desencadenan la enfermedad, o
si se producen como consecuencia de esta y provocan los síntomas de la
enfermedad; como alternativa plausible, una enfermedad neurodegenerativa
puede resultar del transporte axonal defectuoso de las mitocondrias que
realizan reacciones de oxidación. Un caso en el cual esto encaja es en
el particularmente bien comprendido papel del estrés oxidativo en las
enfermedades cardiovasculares. Aquí, la oxidación de la
lipoproteína de
baja densidad (LDL) parece accionar el proceso del aterogénesis, que da
lugar a la aterosclerosis, y finalmente a la enfermedad cardiovascular.
Una dieta con pocas
calorías prolonga la esperanza de vida media y máxima en muchos
animales. Este efecto puede implicar una reducción en el estrés
oxidativo. Mientras que hay buena evidencia que sustenta el papel del
estrés oxidativo en el envejecimiento en organismos modelo tales
Drosophila melanogaster y Caenorhabditis elegans, la evidencia en
mamíferos es menos clara. Dietas abundantes en frutas y vegetales, que
poseen elevados niveles de antioxidantes, promueven la salud y reducen
los efectos del envejecimiento, no obstante la suplementación
antioxidante de la vitamina no tiene ningún efecto perceptible en el
proceso de envejecimiento, así que los efectos de las frutas y vegetales
pueden no estar relacionados con su contenido de antioxidantes.
Efectos en la salud
El cerebro es único en
cuanto a su gran vulnerabilidad a daños oxidativos debido a su alta tasa
metabólica y a niveles elevados de
lípidos poliinsaturados que son el
blanco de la peroxidación de
lípidos. Por lo tanto, los antioxidantes
son de uso general en medicina para tratar varias formas de lesiones
cerebrales. Los análogos de la superóxido dismutasa, como el tiopentato
de sodio y propofol son usados para tratar daños por reperfusión y
lesión cerebral traumática, mientras que la droga experimental NXY-059 y
ebselen son utilizadas en en el tratamiento de los accidentes
cerebrovasculares. Estos compuestos parecen prevenir el estrés oxidativo
en neuronas y prevenir la apoptosis y el daño neurológico. Los
antioxidantes también se están investigando como posibles tratamientos
para las enfermedades neurodegenerativas tales como la enfermedad de
Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral
amiotrófica.
Los antioxidantes
pueden anular los efectos perjudiciales de los
radicales libres en las
células, y la gente con una dieta de frutas y vegetales ricos en
polifenoles y antocianinas tienen un riesgo más bajo de contraer cáncer,
enfermedades cardíacas y algunas enfermedades neurológicas. Esta
observación sugirió que estos compuestos pudieran prevenir condiciones
tales como degeneración macular, inmunidad suprimida debido a una
nutrición pobre, y neurodegeneración, que son causados por el estrés
oxidativo. Sin embargo, a pesar del papel claro del estrés oxidativo en
las enfermedades cardiovasculares, estudios controlados usando vitaminas
antioxidantes no han mostrado ninguna reducción clara en el progreso o
riesgo de contraer enfermedades cardíacas. Esto sugiere que otras
sustancias en las frutas y los vegetales (posiblemente los
flavonoides)
por lo menos expliquen parcialmente la mejor salud cardiovascular de
quienes consumen más frutas y vegetales.
Se
piensa que la oxidación de
lipoproteínas de baja densidad en la sangre
contribuye a las enfermedades cardíacas y en estudios de observación
iniciales se encontró que gente que tomaba suplementos de la
vitamina E tenía riesgos más bajos de desarrollar
enfermedades cardíacas. Por consiguiente se realizaron por lo menos
siete grandes ensayos clínicos conducidos para probar los efectos del
suplemento antioxidante con
vitamina E, en dosis que se extendían desde los 50 a los 600
mg por día. Sin embargo, en ninguno de estos ensayos se encontró un
efecto estadístico significativo de la
vitamina E sobre el número total de muertes o en las muertes
debido a enfermedades cardíacas.
Mientras que varios ensayos han investigado suplementos con altas dosis
de antioxidantes, el estudio "Supplémentation en Vitamines et Mineraux
Antioxydants" (SU.VI.MAX) testeó el efecto de la suplementación con
dosis comparables a las de una dieta sana. Más de 12.500 hombres y
mujeres de Francia tomaron tanto dosis bajas de antioxidates (120 mg de
ácido ascórbico, 30 mg de
vitamina E, 6 mg de
beta-caroteno, 100 μg de selenio, y 20 mg de zinc) o píldoras de
placebo por un promedio de 7,5 años. Los investigadores encontraron que
no había ningún efecto estadístico significativo de los antioxidantes en
la esperanza de vida media, cáncer, o enfermedades cardíacas. Sin
embargo, un análisis de un subgrupo demostró una reducción del 31% en el
riesgo de cáncer en hombres, pero no en mujeres.
Muchas
compañías alimentarias y de nutracéuticos venden formulaciones de
antioxidantes como suplementos dietéticos y estos son ampliamente
consumidos en los países industrializados. Estos suplementos pueden
incluir químicos específicos antioxidantes, como el
resveratrol (de las
semillas de
uva), combinaciones de antioxidantes, como el "ACES" productos que
contienen
beta-caroteno (provitamina
A),
vitamina C,
vitamina E
y Selenio, o hierbas especiales que se sabe que
contienen antioxidantes, como el
té verde y el jiaogulan. Aunque algunos de los niveles de
vitaminas antioxidantes y minerales en la dieta son
necesarios para la buena salud, hay considerables dudas sobre si los
suplementos antioxidantes son beneficiosos y, en caso afirmativo, que
antioxidantes lo son y en qué cantidades.
Durante el ejercicio,
el consumo de oxígeno puede aumentar por un factor mayor a 10. Esto da
lugar a un gran aumento en la producción de oxidantes y los resultados
de los daños que contribuye a la fatiga muscular durante y después del
ejercicio. La respuesta inflamatoria que se produce después de arduos
ejercicios también está asociada con el estrés oxidativo, especialmente
en las 24 horas después de un período de sesiones de ejercicio. La
respuesta del sistema inmunitario a los daños causados por el ejercicio
llega a su máximo de 2 a 7 días después del ejercicio, el período de
adaptación durante el cual el resultado de una mayor aptitud es mayor.
Durante este proceso los
radicales libres son producidos por los
neutrófilos para eliminar el tejido dañado. Como resultado, elevados
niveles de antioxidantes tienen el potencial para inhibir los mecanismos
de recuperación y adaptación.
Las pruebas de los
beneficios de los suplementos antioxidantes en el ejercicio vigoroso han
arrojado resultados contradictorios. Hay fuertes indicios de que una de
las adaptaciones derivadas de ejercicio es el fortalecimiento de las
defensas antioxidantes del organismo, en particular el sistema de
glutatión, para hacer frente al aumento de estrés oxidativo. Es posible
que este efecto pueda ser en cierta medida una protección contra las
enfermedades que están asociadas al estrés oxidativo, lo que podría
proporcionar una explicación parcial de la menor incidencia de las
enfermedades más comunes y una mejora en la salud de las personas que
realizan ejercicio regularmente.
Sin embargo no se han
observado beneficios en deportistas que toman suplementos de
vitamina A o
E. Por
ejemplo, a pesar de su papel clave en la prevención de la peroxidación
de los lípidos de membrana, en 6 semanas de suplementación con
vitamina E
no se observan efectos sobre el daño muscular en corredores de maratón.
Aunque parece ser que no hay un aumento en las necesidades de
vitamina C en los atletas hay algunas pruebas de que los
suplementos de
vitamina C aumentan la cantidad de ejercicio intenso que se
puede hacer y que el suplemento de
vitamina C antes de estos ejercicios puede reducir la
cantidad de daño muscular. Sin embargo, otros estudios no encontraron
tales efectos y algunos sugieren que los suplementos con cantidades tan
altas como 1000 mg inhiben la recuperación.
Ácidos
reductores relativamente fuertes pueden tener efectos negativos en la
nutrición al unirse con los minerales de la dieta como el hierro y el
zinc en el tracto gastrointestinal, lo que les impiden ser absorbidos.
Entre los ejemplos más notables están el ácido oxálico, los
taninos y ácido fítico, que se encuentran en cantidades elevadas en
dietas vegetarianas. Deficiencias de hierro y calcio son frecuentes en
las dietas de los países en vías de desarrollo, donde la dieta tiene
menos carne y hay un elevado consumo de ácido fítico de los
frijoles y el
pan sin
levadura de grano entero.
Antioxidantes no
polares como el
eugenol, un importante componente del aceite de
clavo de olor tiene límites de toxicidad que pueden ser
superados con el mal uso de los
aceites esenciales sin diluir. La toxicidad asociada con elevadas
dosis de antioxidantes solubles en agua tales como el
ácido ascórbico es mucho menos común, ya que estos compuestos pueden
ser excretados rápidamente en la orina. Dosis muy altas de algunos
antioxidantes pueden tener efectos nocivos a largo plazo. Los análisis
de ensayos de la eficacia del
beta-caroteno y
retinol (CARET por sus siglas en inglés) en pacientes con
cáncer de pulmón han demostrado que los fumadores que toman suplementos
de beta-caroteno aumentan sus probabilidades de contraer este tipo de
cáncer. Estudios posteriores han confirmado estos efectos negativos en
los fumadores provocados por el
beta-caroteno.
Estos
efectos nocivos también pueden verse en los no fumadores, según un
reciente metanálisis de los datos incluyendo datos de aproximadamente
230.000 pacientes se mostró que la suplementación con
beta-caroteno,
vitamina A, o
vitamina E se asocian a una mayor mortalidad, pero no se ve
un efecto significativo con la
vitamina C.
No se
observaron riesgos para la salud cuando todos los estudios aleatorios se
examinaron juntos, pero un aumento en la mortalidad se detectó sólo
cuando los ensayos de alta calidad y bajo error sistemático se
analizaron por separado. Sin embargo, como la mayoría de estos ensayos
trataban con personas mayores, o que ya sufrían alguna enfermedad, estos
resultados pueden no ser aplicables a la población en general. Estos
resultados son consistentes con algunos meta-análisis precedentes, que
también sugirieron que la suplementación con
vitamina E aumentaba la mortalidad, y que los suplementos
antioxidantes aumentan el riesgo de cáncer de colon. Sin embargo, los
resultados de este meta-análisis son inconconsistentes con otros
estudios, como el ensayo SU.VI.MAX, que sugiere que los antioxidantes no
tienen ningún efecto sobre las causas de mortalidad. En general el gran
número de ensayos clínicos llevados a cabo sobre los suplementos
antioxidantes sugieren que cualquiera de estos productos no tienen
ningún efecto sobre la salud o que causan un pequeño aumento en la
mortalidad en los ancianos o en grupos de la población vulnerables.
Mientras que la
administración de suplementos antioxidantes se utiliza ampliamente en
los intentos para impedir el desarrollo de cáncer, se ha propuesto que
los antioxidantes pueden, paradójicamente, interferir con los
tratamientos contra el cáncer. Se cree que esto ocurre ya que el entorno
de las células cancerosas causa altos niveles de estrés oxidativo,
haciendo que estas células sean más susceptibles a un mayor estrés
oxidativo inducido por los tratamientos. Como consecuencia, al reducir
el estrés redox en las células cancerosas, se cree que los suplementos
antioxidantes disminuyen la eficacia de la radioterapia y la
quimioterapia. Sin embargo, esta preocupación no parece ser válida, ya
que ha sido abordada por múltiples ensayos clínicos que indican que los
antioxidantes pueden ser neutrales o beneficiosas en el tratamiento del
cáncer.
Muchas investigaciones
ponen énfasis en llevar dietas adecuadas que sean aliados activos contra
el cáncer. Estas dietas parten de enzimas y sustancias antioxidantes de
determinados alimentos que son ricos en los componentes que recogemos
arriba. Los mecanismos son diversos y van desde la inhibición hasta una
reacción más activa del sistema inmunológico en general.
Atención: Si usted está
enfermo o cree que pudiera estarlo acuda a su médico, solo el puede ofrecerle un
diagnostico y un tratamiento adecuado a su caso. |
