OXIDACION Y REDUCCION
Oxidación
Originalmente, el término oxidación se asignó a la combinación del oxígeno con otros elementos. Existían muchos ejemplos conocidos de esto. El hierro se enmohece y el carbón arde. En el enmohecimiento, el oxígeno se combina lentamente con el hierro formando óxido ferroso (Fe2 O3); en la combustión, se combina rápidamente con el carbón para formar CO2. La observación de estas reacciones originó los términos oxidación “lenta” y "rápida”.
Sin embargo, los químicos observaron que otros elementos no metálicos se combinaban con las sustancias de la misma manera que lo hacia el oxígeno con dichas sustancias. El oxígeno, el antimonio y el sodio arden en atmósfera de cloro y el hierro en presencia de flúor. Como estas reacciones eran semejantes, los químicos dieron una definición de oxidación más general. Los reactantes O2 o Cl2, eliminaban electrones de cada elemento. Por tanto, la oxidación se definió como el proceso mediante el cual hay pérdida aparente de electrones de un átomo o ión
Reducción
Originalmente una reacción de reducción se limitaba al tipo de reacción en la cual los óxidos se “reducían" (se desprendían) de sus óxidos. El óxido de hierro se "reducía” a hierro con monóxido de carbono. El óxido de cobre (II) podía “reducirse” a cobre con hidrógeno. En estas reacciones se eliminaba oxígeno y se obtenía el elemento libre. El elemento libre puede obtenerse de otras maneras. La inmersión de un clavo de hierro en una solución de sulfato de cobre (II) causa una reacción en la cual se produce cobre libre.
La semejanza entre las reacciones de oxidación-reducción condujo a los químicos a formular una definición más general de reducción: La reducción es un proceso mediante el cual los átomos o iones adquieren electrones.
1.2. REACCIONES REDOX
Las pilas que utilizamos en juguetes, controles remotos o relojes les proveen de la energía necesaria para hacer un trabajo. En la pila hay dos componentes químicos con diferente afinidad por los electrones, por lo que se establece un flujo de electrones espontáneo que finalmente produce energía eléctrica. En la pila está ocurriendo una reacción redox o de oxido-reducción que consiste en la transferencia de electrones desde un dador (agente reductor) a un aceptor (agente oxidante). Un ejemplo de reacción redox es la oxidación del ion ferroso por el ion cúprico:
Fe2+ + Cu2+ D Fe3+ + Cu+
En este caso, el catión ferroso (Fe2+) se oxida mientras que el ion cúprico (Cu2+) gana electrones, y se reduce. La oxidación y la reducción deben ocurrir simultáneamente, es decir, para que una sustancia se oxide (pierda electrones) es necesario que esté en contacto con otra que se reduzca (gane electrones).
En sistemas biológicos las reacciones redox son fundamentales, al punto que el uso e intercambio de energía en el metabolismo es regido por reacciones de oxidación y reducción.
La glucosa, por ejemplo, es un intermediario clave de varias rutas metabólicas. En función del nivel energético, la glucosa presenta distintos destinos. Si la carga de energía celular es baja, entonces sufrirá una serie de reacciones de oxidación con la concomitante liberación de energía. Por el contario, si la célula no precisa energía, la glucosa se almacena luego de ser polimerizada en forma de glucógeno o almidón (según el tipo de organismo), con absorción de energía.
El flujo de electrones juega un rol central en la respiración celular y en la fotosíntesis. En la membrana interna mitocondrial y en la membrana tilacoidal de los cloroplastos existen cadenas transportadoras de electrones. Cada uno de los componentes de la cadena se van reduciendo y oxidando, de forma que el primero le cede electrones al segundo, éste al tercero, y así sucesivamente hasta un aceptor final que se reduce definitivamente. Con el transcurrir de los electrones por la cadena, se van liberando energía que se aprovecha para sintetizar ATP.
1.3 RADICALES LIBRES
Radicales libre y antioxidantes
Radicales libres
Los radicales libres son moléculas inestables y muy reactivas. Para conseguir la estabilidad modifican a moléculas de su alrededor provocando la aparición de nuevos radicales, por lo que se crea una reacción en cadena que dañará a muchas células y puede ser indefinida si los antioxidantes no intervienen.
Los radicales libres producen daño a diferentes niveles en la célula:
• Atacan a los lípidos y proteínas de la membrana celular por lo que la célula no puede realizar sus funciones vitales (transporte de nutrientes, eliminación de deshechos, división celular…).
El radical superóxido, O2, que se encuentra normalmente en el metabolismo provoca una reacción en cadena de la lipoperoxidación de los ácidos grasos de los fosfolípidos de la membrana celular.
• Atacan al DNA impidiendo que tenga lugar la replicación celular y contribuyendo al envejecimiento celular.
Los procesos normales del organismo producen radicales libres como el metabolismo de los alimentos, la respiración y el ejercicio. También estamos expuestos a elementos del medio ambiente que crean radicales libres como la polución industrial, tabaco, radiación, medicamentos, aditivos químicos en los alimentos procesados y pesticidas. No todos los radicales libres son peligrosos pues, por ejemplo, las células del sistema inmune crean radicales libres para matar bacterias y virus, pero si no hay un control suficiente por los antioxidantes, las células sanas pueden ser dañadas.
Antioxidantes
Un antioxidante es aquella sustancia que presenta bajas concentraciones respecto a la de un sustrato oxidable(biomolécula) que retarda o previene su oxidación.
Los antioxidantes que se encuentran naturalmente en el organismo y en ciertos alimentos pueden bloquear parte de este daño debido a que estabilizan los radicales libres. Son sustancias que tienen la capacidad de inhibir la oxidación causada por los radicales libres, actuando algunos a nivel intracelular y otros en la membrana de las células, siempre en conjunto para proteger a los diferentes órganos y sistemas.
Existen diferentes tipos de oxidantes:
• Antioxidantes endógenos: mecanismos enzimáticos del organismo (superóxidodismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa, glutatión y la coenzima Q-). Algunas enzimas necesitan cofactores metálicos como selenio, cobre, zinz y magnesio para poder realizar el mecanismo de protección celular.
• Antioxidantes exógenos: son introducidos por la dieta y se depositan en las membranas celulares impidiendo la lipoperoxidación(vitaminas E y C y del caroteno).
Jopjipjpijp
El hígado al ser expuesto al etanol tiene respuestas que pueden estar relacionadas con la generación de ATP en la mitocondria, aumento de formación de especies reactivas de oxígeno, la peroxidacion lipídica y supresión de oxidación de ácidos grasos. El etanol produce un estado hipermetabolico caracterizado por un incremento en el metabolismo de alcohol (SIAM) así como un desacoplamiento de la fosforilacion oxidativa en la mitocondria.
El metabolismo mitocondrial depende del movimiento de metabolitos hidrofilicos a través de la membrana externa de la mitocondria mediante el Canal de Aniones Dependientes de Voltaje. (VDAC). El metabolismo mitocondrial requiere el continuo intercambio de sustratos entre el citosol y la matriz mitocondrial, este intercambio es catalizado por intercambiadores específicos localizados en la membrana interna, incluyendo el transportador de nucleótidos de adenina, el transportador de fosfato, el transportador de ácido carboxílico, el transportador de carnitina-acilcarnitina y otros. El intercambio de caso todos los metabolitos solubles en agua entre el citosol y el espacio intermembranal se produce principalmente por el VDAC de la membrana externa mitocondrial.
Los cambios de permeabilidad de VDAC podría ser importantes en la regulación global del metabolismo mitocondrial.se sabe que la exposición al etanol causa problemas en la fosforilacion oxidativa de los hepatocitos y se cree que el cierre de VDAC puede suprimir la generación de ATP mitocondrial así como la oxidación de ácidos grasos. Se hicieron estudios para probar esta hipótesis y mostrar que los cambios bioquímicos en la permeabilidad de la mitocondria de los hepatocitos en ratas que son expuestas a una dosis única de etanol están relacionados con la disminución de permeabilidad de VDAC así como la permeabilidad de los metabolitos hidrofilicos de la membrana externa.
Los hepatocitos en estudio se aislaron y permeabilizaron con digitonina y midieron captaciones de tripano azul, liberación de enzimas y actividad respiratoria para también medir la oxidación del NADH con lactato deshidrogenasa y reducción de NADP+ por adenilato quinasa (AK).
La digitonina es un detergente no iónico que forma poros en el colesterol de las membranas y se utilizó para permeabilizar el plasma de las membranas mitocondriales en hepatocitos de ratas. El tamaño de los poros de la membrana plasmática inducida por digitonina aumenta progresivamente con la concentración.
Los resultados indican que el etanol disminuyo la actividad mitocondrial un 35% comparado con los hepatocitos no tratados, lo que indica que el etanol en hepatocitos disminuye la permeabilidad de la membrana externa.
Para medir la inhibición de VDAC se permeabilizo la membrana con digitonina y se trató con un inhibidor de VDAC; EPC. Los resultados indicaron que hubo disminución en un 56% en comparación con el control y Rhodex entra al espacio intermembranal por VDAC.
Se concluye entonces que el cierre de VDAC afecta el movimiento de metabolitos dentro y fuera de la mitocondria llevando a la supresión global de la actividad mitocondrial, los experimentos demostraron que los hepatocitos expuestos a etanol si provocan un deterioro en la permeabilidad de la membrana externa.
