Radicales libres y lesiones celulares

Los electrones de un átomo están presentes en espacios llamados orbitales, y en cada orbital caben diferentes pares de electrones.

Los radicales libres son moléculas con un solo electrón, o un electrón no apareado, en su orbital exterior. Los radicales libres roban electrones de cualquier molécula cercana para hacerse estables, y esta es la posible causa de las lesiones celulares.

Un radical libre se forma cuando cualquier molécula gana o pierde un electrón. En el organismo, los radicales libres pueden generarse de forma fisiológica, es decir, como parte de los procesos metabólicos normales; o de forma patológica, que se debe a alguna enfermedad.

Una de las principales fuentes fisiológicas de radicales libres es la respiración celular, también llamada fosforilación oxidativa.

La fosforilación oxidativa es el proceso de fabricación de ATP mediante la donación de electrones a los complejos integrados en la membrana mitocondrial interna.

Juntos, forman la cadena de transporte de electrones, que pasan los electrones de un complejo a otro, y finalmente al oxígeno, creando un gradiente de protones que se utilizará para fabricar ATP.

En el último paso de este proceso interviene una molécula llamada citocromo c oxidasa, a veces conocida como complejo IV, que transfiere electrones al oxígeno.

Normalmente, cuando el oxígeno recibe cuatro electrones, se convierte en agua. Pero si el oxígeno no recibe los cuatro electrones, tendrá electrones no apareados en su orbital, dando lugar a los radicales libres.

Como se forman a partir del oxígeno, se denominan en conjunto especies reactivas del oxígeno, o ERO. Si el oxígeno recibe un electrón, se convierte en superóxido (O2-).

Si recibe dos electrones, se convierte en peróxido de hidrógeno, o H2O2, y con 3 electrones, es el radical hidroxilo (OH.).

También hay trastornos en los que se pueden generar radicales libres Por ejemplo, la hemocromatosis es una afección en la que se absorben cantidades inusualmente altas de hierro.

Todo este hierro extra, se somete a la reacción de Fenton, donde las moléculas de hierro 2+ son oxidadas por el peróxido de hidrógeno, produciendo hierro 3+ y el radical hidroxilo y el ion hidróxido como subproductos; el hierro 3+ puede ser reducido de nuevo a hierro 2+ a través del peróxido de hidrógeno, creando un radical peróxido y un protón, y luego el ciclo se repite, como un bucle sin fin.

Con el tiempo, los radicales libres formados como resultado de la reacción de Fenton dañan lentamente las células de varios órganos, y eso puede causar la muerte de las células y luego conducir a la fibrosis del tejido.

También se producen radicales libres después de una isquemia, o disminución del flujo sanguíneo a un órgano o tejido. A nivel celular, la lesión isquémica puede conducir a la producción de especies reactivas del oxígeno por parte de las mitocondrias Si el flujo sanguíneo vuelve al tejido isquémico, se llama reperfusión, y aporta más oxígeno.

Pero, todo este oxígeno reacciona con los radicales libres preexistentes para formar más, causando más daño celular. Esto se llama lesión por reperfusión.

Por último, también pueden formarse radicales libres cuando el hígado metaboliza las sustancias químicas o los fármacos que entran en el cuerpo.

Por ejemplo, cuando el hígado descompone un fármaco como el paracetamol se generan muchos radicales libres, que podrían causar un daño masivo al hígado.

Como el cuerpo genera radicales libres incluso en su estado normal, existen ciertos mecanismos de defensa. Uno de ellos son los antioxidantes, como las vitaminas A, C y E, que donan electrones para neutralizar los radicales libres y proteger las células.

Otra molécula del organismo llamada glutatión actúa como antioxidante y neutraliza el peróxido de hidrógeno. Es necesario que dos glutationes estén en estado reducido para poder donar un electrón y un protón al peróxido de hidrógeno y convertirlo en agua inofensiva.

Sin embargo, esto oxida el glutatión, por lo que antes de que pueda volver a actuar, una enzima llamada glutatión reductasa utiliza el NADPH como donante de electrones y reduce el glutatión oxidado a su estado de funcionamiento.

Tras ceder su electrón, el NADPH se convierte en NADP+. Para reponer el suministro de NADPH, una enzima llamada glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, o G6PD, reduce el NADP+ de nuevo a NADPH oxidando la glucosa-6-fosfato.

La glucosa-6-fosfato es un metabolito de la glucosa, por lo que hay una reserva de esta molécula excepto en los estados de inanición.

Otro mecanismo de defensa son las proteínas transportadoras de metales, que se unen a los iones metálicos y ayudan a transportarlos o almacenarlos.