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Antioxidante

Un antioxidante es una molécula capaz de retardar o prevenir la oxidación de otras moléculas. La oxidación es una reacción química de transferencia de electrones de una sustancia a un agente oxidante. Las reacciones de oxidación pueden producir radicales que comienzan reacciones en cadena que dañan las células. Los antioxidantes terminan estas reacciones quitando intermedios del radical e inhiben otras reacciones de oxidación oxidándose ellos mismos. Debido a esto es que los antioxidantes son a menudo agentes reductores tales como tioles o polifenoles. Los antioxidantes se encuentran contenidos en el olivo, ajo, arroz integral, café, coliflor, brócoli, berenjena, jengibre, perejil, cebolla, cítricos, semolina, tomates, aceite de semilla de la vid, , romero, entre otros muchos alimentos. La capacidad antioxidante de algunos frutos, como es el caso de las berenjenas, es mayor durante sus estadios iniciales.[1]​ También son parte importante constituyente de la leche materna.

Modelo de llenado de espacios del metabolito antioxidante glutatión. La esfera amarilla es el átomo reductor activo del azufre que proporciona actividad antioxidante, mientras que las esferas rojas, azules, blancas, grises y negras representan los átomos de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, y carbono respectivamente.

Aunque las reacciones de oxidación son cruciales para la vida, también pueden ser perjudiciales; por lo tanto las plantas y los animales mantienen complejos sistemas de múltiples tipos de antioxidantes, tales como glutatión, vitamina C, y vitamina E, así como enzimas tales como la catalasa, superóxido dismutasa y varias peroxidasas. Los niveles bajos de antioxidantes o la inhibición de las enzimas antioxidantes causan estrés oxidativo y pueden dañar o matar las células.

El estrés oxidativo ha sido asociado a la patogénesis de muchas enfermedades humanas. Por esta razón la farmacología estudia de forma intensiva el uso de antioxidantes, particularmente como tratamiento para accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, se desconoce si el estrés oxidativo es la causa o la consecuencia de tales enfermedades. Los antioxidantes también son ampliamente utilizados como ingredientes en suplementos dietéticos con la esperanza de mantener la salud y de prevenir enfermedades tales como el cáncer y la cardiopatía isquémica. Aunque algunos estudios han sugerido que los suplementos antioxidantes tienen beneficios para la salud, otros grandes ensayos clínicos no detectaron ninguna ventaja para las formulaciones probadas y el exceso de la suplementación puede llegar a ser dañino. Además de estas aplicaciones en medicina los antioxidantes tienen muchas aplicaciones industriales, tales como conservantes de alimentos y cosméticos y la prevención de la degradación del caucho y la gasolina.

Historia

El término antioxidante fue utilizado originalmente para referirse específicamente a un producto químico que previniera el consumo de oxígeno. A finales del siglo XIX y a principios de siglo XX, extensos estudios fueron dedicados a las aplicaciones de antioxidantes en importantes procesos industriales, tales como la prevención de la corrosión del metal, la vulcanización del caucho, y la polimerización de combustibles en la formación de escoria en motores de combustión interna.[2]

Las primeras investigaciones sobre el rol de los antioxidantes en biología se centró en su uso en la prevención de la oxidación de grasas insaturadas, que es la causa de la rancidez.[3]​ La actividad antioxidante podía ser medida simplemente colocando la grasa en un contenedor cerrado con oxígeno y midiendo la tasa de consumo de este. Sin embargo fue la identificación de las vitaminas A, C, y E como antioxidantes la que revolucionó el campo y condujo a dilucidar la importancia de los antioxidantes en la bioquímica de los organismos vivos.[4][5]

Los posibles mecanismos de acción de los antioxidantes fue investigada por primera vez cuando fue reconocido que una sustancia con actividad antioxidante es probable que sea una que se oxida a sí misma fácilmente.[6]​ La investigación en cómo la vitamina E previene el proceso de peroxidación de lípidos condujo a la identificación de antioxidantes como agentes reductores que previenen reacciones oxidativas, a menudo depurando especies reactivas del oxígeno antes de que puedan dañar las células.[7]

El desafío oxidativo en la naturaleza

 
Estructura de la vitamina antioxidante ácido ascórbico (vitamina C).

Una paradoja en el metabolismo es que mientras que la gran mayoría de la vida compleja requiere del oxígeno para su existencia, el oxígeno es una molécula altamente reactiva que daña a los seres vivos produciendo especies reactivas del oxígeno.[8]​ Por lo tanto, los organismos poseen una compleja red de metabolitos y enzimas antioxidantes que trabajan juntos para prevenir el daño oxidativo de los componentes celulares tales como el ADN, proteínas y lípidos.[9][10]​ Generalmente los sistemas antioxidantes evitan que estas especies reactivas sean formadas o las eliminan antes de que puedan dañar los componentes vitales de la célula.[8][9]

Las especies reactivas del oxígeno que se producen en las células incluyen el peróxido de hidrógeno (H2O2), el ácido hipocloroso (HClO), y radicales libres tales como el radical hidroxilo (· OH) y el radical superóxido (O2·−).[11]​ El radical del oxhidrilo es particularmente inestable y reacciona rápidamente y de forma no específica con la mayoría de las moléculas biológicas. Esta especie se produce del peróxido de hidrógeno en reacciones redox catalizadas por metales como la reacción de Fenton.[12]​ Estos oxidantes pueden dañar las células comenzando reacciones químicas en cadena tales como la peroxidación de lípidos u oxidando el ADN o proteínas.[9]​ Los daños al ADN pueden causar mutaciones y posiblemente cáncer si no son revertidos por los mecanismos de reparación del ADN,[13][14]​ mientras que los daños a las proteínas causan la inhibición de enzimas, la desnaturalización y la degradación de proteínas.[15]

El uso de oxígeno como parte del proceso para generar energía metabólica produce especies reactivas del oxígeno.[16]​ En este proceso, el anión de superóxido se produce como subproducto de varios pasos en la cadena de transporte de electrones.[17]​ Particularmente importante es la reducción de la coenzima Q en el complejo III, ya que un radical libre altamente reactivo se forma como intermediario (Q·). Este intermediario inestable puede conducir a una pérdida de electrones cuando estos saltan directamente al oxígeno molecular y forman el anión superóxido en vez de desplazarse con la serie de reacciones bien controladas de la cadena de transporte de electrones.[18]​ En un sistema similar de reacciones en plantas las especies reactivas del oxígeno también se producen durante la fotosíntesis bajo condiciones de alta intensidad lumínica.[19]​ Este efecto es compensado en parte por la implicación de carotenoides en la fotoinhibición, lo que implica que estos antioxidantes reaccionan con las formas sobre-reducidas de los centros de reacción fotosintéticos y de tal modo previenen la producción de superóxido.[20]

Otro proceso que produce especies reactivas del oxígeno es la oxidación lipídica que tiene lugar como consecuencia de la producción de eicosanoides. Sin embargo, las células están provistas de mecanismos que previenen oxidaciones innecesarias. Las enzimas oxidativas de estas rutas biosintéticas están coordinadas y son altamente reguladas.[21]

Metabolitos

Descripción

Los antioxidantes se clasifican en dos amplios grupos, dependiendo de si son solubles en agua (hidrofílicos) o en lípidos (hidrofóbicos). En general los antioxidantes solubles en agua reaccionan con los oxidantes en el citoplasma celular y el plasma sanguíneo, mientras que los antioxidantes liposolubles protegen las membranas de la célula contra la peroxidación de lípidos.[9]​ Estos compuestos se pueden sintetizar en el cuerpo u obtener de la dieta.[10]​ Los diferentes antioxidantes están presentes en una amplia gama de concentraciones en fluidos corporales y tejidos, con algunos tales como el glutatión o la ubiquinona mayormente presente dentro de las células, mientras que otros tales como el ácido úrico se distribuyen más uniformemente a través del cuerpo.

La importancia relativa y las interacciones entre estos diferentes antioxidantes constituye un área compleja, con varios metabolitos y sistemas de enzimas teniendo efectos sinérgicos e interdependientes unos de otros.[22][23]​ La acción de un antioxidante puede depender de la función apropiada de otros miembros del sistema antioxidante.[10]​ La cantidad de protección proporcionada por cualquier antioxidante depende de su concentración, de su reactividad hacia la especie reactiva del oxígeno y del estado de los antioxidantes con los cuales interactúa.[10]

Algunos compuestos contribuyen a la defensa antioxidante quelando los metales de transición y evitando que catalicen la producción de radicales libres en la célula. Particularmente importante es la capacidad de secuestrar el hierro, que es la función de proteínas de unión al hierro tales como la transferrina y la ferritina.[24]​ El selenio y el zinc son comúnmente mencionados como nutrientes antioxidantes pero estos elementos químicos no tienen ninguna acción antioxidante ellos mismos sino que se requieren para la actividad de algunas enzimas antioxidantes.

Metabolito antioxidante Solubilidad Concentración en suero humano (μM)[25] Concentración en tejido del hígado (μmol/kg)
Ácido ascórbico (vitamina C) Agua 50 – 60[26] 260 (hombre)[27]
Glutatión Agua 325 – 650[28] 6.400 (hombre)[27]
Ácido lipoico Agua 0,1 – 0,7[29] 4 – 5 (rata)[30]
Ácido úrico Agua 200 – 400[31] 1.600 (hombre)[27]
Carotenos Lípido β-caroteno: 0,5 – 1[32]

retinol (vitamina A): 1 – 3[33]

5 (hombre, total de carotenoides)[34]
α-tocoferol (vitamina E) Lípido 10 – 40[33] 50 (hombre)[27]
Ubiquinol (coenzima Q) Lípido 5[35] 200 (hombre)[36]

Ácido ascórbico

El ácido ascórbico o vitamina C es un antioxidante monosacárido encontrado en animales y plantas. Como no puede ser sintetizado por los seres humanos y debe ser obtenido de la dieta es una vitamina.[37]​ La mayoría de los otros animales pueden producir este compuesto en sus cuerpos y no lo requieren en sus dietas.[38]​ En células, es mantenido en su forma reducida por la reacción con el glutatión, que se puede catalizar por la proteína disulfuro isomerasa y las glutarredoxinas.[39][40]​ El ácido ascórbico es un agente reductor y puede reducir y de tal modo neutralizar especies reactivas del oxígeno tal como el peróxido de hidrógeno.[41]​ Además de sus efectos antioxidantes directos, el ácido ascórbico es también un sustrato para la enzima antioxidante ascorbato peroxidasa, una función que es particularmente importante en resistencia al estrés en plantas.[42]

Glutatión

 
El mecanismo de radical libre de la peroxidación de lípidos.

El glutatión es un péptido que contiene cisteína y es encontrado en la mayoría de las formas de vida aerobia.[43]​ No es requerido en la dieta y es sintetizado en las células desde sus aminoácidos constitutivos.[44]​ El glutatión tiene características antioxidantes ya que el grupo tiol en su porción de cisteína es un agente reductor y puede ser oxidado y ser reducido de forma reversible. En las células, el glutatión es mantenido en forma reducida por la enzima glutatión reductasa y alternadamente reduce otros metabolitos y sistemas de enzimas así como reacciona directamente con los oxidantes.[39]​ Debido a su alta concentración y a su papel central en mantener el estado redox de la célula, el glutatión es uno de los antioxidantes celulares más importantes.[43]

Melatonina

La melatonina es un poderoso antioxidante que puede cruzar fácilmente las membranas celulares y la barrera hematoencefálica.[45]​ A diferencia de otros antioxidantes, la melatonina no experimenta un ciclo redox, que es la capacidad de una molécula de experimentar la reducción y la oxidación repetidas veces. El completar un ciclo redox permite a otros antioxidantes (tales como la vitamina C) actuar como pro-oxidantes y promover la formación de radicales libre. La melatonina, una vez que es oxidada no se puede reducir a su estado anterior porque forma varios productos finales estables una vez que reacciona con radicales libres. Por lo tanto, se le ha referido como antioxidante terminal (o suicida).[46]

Tocoferoles y tocotrienoles

La vitamina E es el nombre colectivo para un sistema de ocho tocoferoles y tocotrienoles relacionados, que son vitaminas antioxidantes liposolubles.[47]​ De éstos, el α-tocoferol ha sido muy estudiado ya que tiene la biodisponibilidad más alta y el cuerpo preferentemente absorbe y metaboliza esta forma.[48]​ La forma del α-tocoferol es la más importante de los antioxidantes liposolubles y protege las membranas de la célula contra la oxidación reaccionando con los radicales del lípido producidos en la reacción en cadena de peroxidación de lípidos.[47]​ Esto quita las formas intermedias de radicales libres y evita que la propagación de la reacción en cadena continúe. Los radicales oxidados del α-tocoferoxil producidos en este proceso se pueden reciclar de nuevo a la forma reducida activa a través de la reducción por el ascorbato, el retinol o el ubiquinol.[49]​ Las funciones de las otras formas de la vitamina E están menos estudiadas, aunque el γ-tocoferol es un nucleófilo que puede reaccionar con mutágenos electrofílicos[48]​ y los tocotrienoles puede que tengan un rol especializado en la neuroprotección.[50]

Carotenoides

Los carotenoides están entre los pigmentos naturales más comunes y han sido caracterizados hasta ahora más de 1100 compuestos diferentes. Los carotenoides son responsables por muchos de los colores rojos, amarillos y naranja de las hojas, frutas y flores de los vegetales, así como también por el color de algunos insectos, aves, peces y crustáceos. Solamente pueden ser sintetizados por plantas, hongos, bacterias y algas, sin embargo muchos animales los incorporan a través de la dieta. Dos carotenoides dietarios importantes son el licopeno y el β-caroteno.[51][52]​ Estos están involucrados en la eliminación (scavenging) de dos de las especies reactivas del oxígeno, el oxígeno singlete y el radical peroxilo. Además son efectivos desactivando moléculas excitadas electrónicamente las cuales están involucradas en la generación tanto de radicales como del propio oxígeno singlete.[53]​ El quenching del oxígeno singlete por los carotenoides, ocurre a través de un quenching tanto físico como químico. La interacción de los carotenoides con el oxígeno singlete, depende principalmente del quenching físico, lo cual implica la transferencia directa de energía entre ambas moléculas. La energía del oxígeno singlete es transferida al carotenoide produciendo oxígeno triplete molecular (en su estado basal) y caroteno excitado. El carotenoide retorna a su estado basal, disipando esta energía a través de la interacción con el solvente a su alrededor. En contraste con el quenching físico, las reacciones químicas entre el oxígeno singlete y los carotenoides son de menor importancia, contribuyendo con menos del 0,05% de la tasa total de quenching. Puesto que los carotenoides permanecen intactos durante el quenching físico, del oxígeno singlete estos pueden ser reusados varias veces en estos ciclos de quenching. El β-caroteno y otros carotenodes, son los quenchers naturales más eficientes para el oxígeno singlete. Su actividad como quenchers está relacionada con el número de dobles enlaces conjugados presentes en la molécula.[52][54]​ Los carotenoides, barren eficientemente los radicales peroxilos, especialmente cuando la tensión de oxígeno es baja. La desactivación de los radicales peróxilos probablemente dependa de la formación aducto radical formando un carbono central radical estabilizado por resonancia[55][56]​ Cantrell y col (2003), reportaron la capacidad de seis carotenoides dietarios (β-caroteno, licopeno, zeaxantina, astaxantina, cantaxantina y luteina) para quenchar el oxígeno singlete en un modelo de membranas celulares, en donde el oxígeno singlete fue generado tanto en la fase acuosa como en la lipídica, encontrando que el licopeno y el β-caroteno exhibieron la tasa más rápida de quenching, siendo la luteína la menos eficiente. Los otros carotenoides tuvieron constantes intermedias. Bando y col (2004), realizaron un experimento, usando ratones alimentados con β-caroteno, para determinar si este sirve como antioxidante en la piel expuesta a los rayos UV-A, actuando como quencher del oxígeno singlete, encontrando que el β-caroteno dietario se acumula en la piel y actúa como agente protector contra el daño oxidativo inducido por las radiaciones UV-A, a través de quenching del oxígeno singlete. Los β-carotenos dietarios se acumulan en la piel y actúan como agentes protectores contra el daño oxidativo inducido por las radiaciones UV-A, a través del quenching del oxígeno singlete.

Polifenoles

Los polifenoles son fitoquímicos de bajo peso molecular, esenciales para el ser humano. Estos constituyen uno de los metabolitos secundarios de las plantas, más numerosos y distribuidos por toda la planta, con más de 800 estructuras conocidas en la actualidad. Los polifenoles naturales pueden ir desde moléculas simples (ácido fenólico, hidroxitirosol, fenilpropanoides, flavonoides), hasta compuestos altamente polimerizados (ligninas, taninos). Los flavonoides representan el subgrupo más común y ampliamente distribuido y entre ellos los flavonoles son los más ampliamente distribuidos. Al estar ampliamente distribuidos en el reino vegetal, constituyen parte integral de la dieta.[57][58][59]​ Los polifenoles poseen una estructura química ideal para la actividad como consumidores de radicales libres. Su propiedad como antioxidante, proviene de su gran reactividad como donantes de electrones e hidrógenos y de la capacidad del radical formado para estabilizar y deslocalizar el electrón desapareado (termina la reacción en cadena) y de su habilidad para quelar iones de metales de transición.[60]​ Los polifenoles poseen una porción hidrofílica y una porción hidrofóbica, por lo que pueden actuar en contra de ROS que son producidas en medios tanto hidrofóbicos como acuosos. Su capacidad antioxidante esta directamente relacionada con el grado de hidroxilación del compuesto.[57]​ Los flavonoides tienen una poderosa acción antioxidante in Vitro, siendo capaces de barrer un amplio rango de especies reactivas del oxígeno, nitrógeno y cloro, tales como el superóxido, el radical hidroxilo, el radical peroxilo, el ácido hipocloroso, actuando como agentes reductores. Además pueden quelar iones de metales de transición.[59][61]​ Soobrattee y col (2005), evaluaron la capacidad antioxidante de diferentes polifenoles encontrando que comparado con los antioxidantes fisiológicamente activos (glutatión, α-tocoferol, ergotioneina) y los sintéticos (trolox, BHT, BHA), estos compuestos exhibieron una eficacia mayor como antioxidantes. Roginsky (2003), midiendo la actividad antioxidante de varios polifenoles naturales, durante la oxidación del metil-linoleato, encontró que todos los polifenoles estudiados, mostraron una pronunciada actividad antioxidante, considerando que el mecanismo molecular subyacente a la actividad antioxidante de los polifenoles, es el de actuar rompiendo la reacción en cadena. Los polifenoles con dos grupos hidroxilos adyacentes o cualquier otra estructura quelante, pueden unir metales de transición. Los polifenoles actúan como consumidores del radical hidroxilo, el peroxinitrito y el ácido hipocloroso, actuando como agentes reductores.[57]

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,[62]​ sin embargo puede también reducir iones de metales lo que conduce a la generación de radicales libres a través de la reacción de Fenton.[63][64]

2 Fe3+ + Ascorbato → 2 Fe2+ + Dehidroascorbato
2 Fe2+ + 2 H2O2 → 2 Fe3+ + 2 OH· + 2 OH

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.[63][65]​ Sin embargo hay menos datos disponibles para otros antioxidantes de la dieta, como los polifenoles antioxidantes,[66]​ el zinc,[67]​ y la vitamina E.[68]

Sistemas de enzimas

 
Ruta enzimática para la detoxificación de especies reactivas del oxígeno.

Descripción

Como con los antioxidantes químicos, las células son protegidas contra el estrés oxidativo por una red de enzimas antioxidantes.[8][9]​ 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.[69]

Superóxido dismutasa, catalasa y peroxirredoxinas

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.[70][71]​ Las enzimas SODs están presentes en casi todas las células aerobias y en el líquido extracelular.[72]​ 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.[71]​ También existe una tercera forma de SODs en líquidos extracelulares, que contiene el cobre y el zinc en sus sitios activos.[73]​ 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.[74]​ 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.[69][75]​ 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.[76]

Las catalasas son enzimas que catalizan la conversión del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno usando hierro o manganeso como cofactor.[77][78]​ Esta proteína se localiza en los peroxisomas de la mayoría de las células eucariotas.[79]​ 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.[80]​ 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.[81][82]

 
Estructura decamérica de AhpC, una 2-cisteín peroxirredoxina de Salmonella typhimurium.[83]

Las peroxirredoxinas son peroxidasas que catalizan la reducción de peróxido de hidrógeno, hidroperóxido orgánico y peroxinitrito.[84]​ Se dividen en tres clases: las típicas 2-cisteín peroxirredoxinas; las atípicas 2-cisteín peroxirredoxinas; y las 1-cisteín peroxirredoxinas.[85]​ 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.[86]

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.[87][88][89]

Sistemas tiorredoxina y glutatión

El sistema de la tiorredoxina contiene la proteína tiorredoxina de 12-kDa y su tiorredoxina reductasa compañera.[90]

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.[91]​ 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.[92]​ Después de ser oxidado, la tiorredoxina activa es regenerada por la acción de la tiorredoxina reductasa, usando NADPH como donante del electrones.[93]

El sistema del glutatión incluye glutatión, glutatión reductasa, glutatión peroxidasa y glutatión S-transferasa.[43]​ Este sistema se encuentra en animales, plantas y microorganismos.[43][94]​ 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.[95]​ 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,[96]​ pero son hipersensibles al estrés oxidativo inducido.[97]​ Además, las glutatión S-transferasas son otra clase de enzimas antioxidantes dependientes de glutatión que muestran una elevada actividad con los peróxidos de lípidos.[98]​ Estas enzimas se encuentran en niveles particularmente elevados en el hígado y también sirven en el metabolismo de la detoxificación.[99]

Estrés oxidativo y enfermedades

Se piensa que el estrés oxidativo contribuye al desarrollo de una amplia gama de enfermedades incluyendo la enfermedad de Alzheimer,[100][101]​ la enfermedad de Parkinson,[102]​ las patologías causadas por la diabetes,[103][104]​ la artritis reumatoide,[105]​ y neurodegeneración en enfermedades de las neuronas motoras.[106]​ 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;[11]​ 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.[107][108]​ Del mismo modo, numerosos estudios han observado que el estrés oxidativo promueve la apoptosis por diferentes vías de señalización.[109]

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.[110]​ Mientras que hay buena evidencia que sustenta el papel del estrés oxidativo en el envejecimiento en organismos modelo tales Drosophila melanogaster y Caenorhabditis elegans,[111][112]​ la evidencia en mamíferos es menos clara.[113][114][115]​ Dietas abundantes en frutas y vegetales, que poseen elevados niveles de antioxidantes, promueven la salud y reducen los efectos del envejecimiento,[cita requerida] 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.[116][117]

Efectos en la salud

Tratamiento de enfermedades

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.[118]​ Por lo tanto, los antioxidantes son de uso general en medicina para tratar varias formas de lesiones cerebrales. Los análogos de la superóxido dismutasa,[119]​ como el tiopentato de sodio y propofol son usados para tratar daños por reperfusión y lesión cerebral traumática,[120]​ mientras que la droga experimental NXY-059[121][122]​ y ebselen[123]​ son utilizadas 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.[124][125]

Prevención de enfermedades

 
Estructura del polifenol antioxidante resveratrol.

Los antioxidantes pueden anular los efectos perjudiciales de los radicales libres en las células,[9]​ 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.[126]​ Esta observación sugirió que estos compuestos pudieran prevenir enfermedades tales como degeneración macular,[127]inmunidad suprimida debido a una nutrición pobre,[128]​ y neurodegeneración, que son causados por el estrés oxidativo.[129]​ 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.[130]​ 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.[131]

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.[132]​ 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.[133]

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.[134]​ 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  g 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.

La producción de antioxidantes naturales y los antioxidantes que se obtienen con la alimentación, no es suficiente para la mayoría de las personas, por esa razón muchas compañías alimentarias y de nutracéuticos venden formulaciones de antioxidantes como suplementos dietéticos y estos son ampliamente consumidos en los países industrializados.[135]​ 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.[126][136][137]

La terapia antioxidante es uno de los temas de mayor actividad investigadora en los últimos años, en los que han comenzado a sumarse la presencia de diversos nanomateriales con potenciales propiedades farmacológicas.[138]

Ejercicio físico

Durante el ejercicio, el consumo de oxígeno puede aumentar por un factor mayor a 10.[139]​ 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.[140]

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.[141]​ 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.[142]

Sin embargo no se han observado beneficios en deportistas que toman suplementos de vitamina A o E.[143]​ 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.[144]​ 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.[145][146]​ Sin embargo, otros estudios no encontraron tales efectos y algunos sugieren que los suplementos con cantidades tan altas como 1.000 mg inhiben la recuperación.[147]

Efectos adversos

 
Estructura del quelante ácido fítico.

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.[148]​ Entre los ejemplos más notables están el ácido oxálico, los taninos y ácido fítico, que se encuentran en cantidades elevadas en dietas vegetarianas.[149]​ 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.[150]

Alimentos Ácido reductor presente
Chocolate, espinaca, nabo y ruibarbo.[151] Ácido oxálico
Granos enteros, maíz, legumbres.[152] Ácido fítico
, frijoles, repollo.[151][153] Taninos

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.[154]​ 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.[155]​ 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.[156]​ Estudios posteriores han confirmado estos efectos negativos en los fumadores provocados por el beta-caroteno.[157]

Estos efectos nocivos también pueden verse en los no fumadores, según un reciente metaanálisis 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.[158]

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.[159]​ Estos resultados son consistentes con algunos metaanálisis precedentes, que también sugirieron que la suplementación con vitamina E aumentaba la mortalidad,[160]​ y que los suplementos antioxidantes aumentan el riesgo de cáncer de colon.[161]​ Sin embargo, los resultados de este metaanálisis 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.[134][162][163][164]​ 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.[126][136][158]

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.[165]​ 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.[166]​ 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.[167][168]

Controversias

No son pocos los expertos que mantienen posiciones críticas sobre los supuestos efectos beneficiosos atribuidos a los suplementos de antioxidantes. Nadie discute hoy que hay pruebas de que las frutas y hortalizas que contienen antioxidantes tienen ciertos efectos beneficiosos sobre distintos aspectos de la salud. Consecuentemente, se acepta como una recomendación de consumo saludable la de tomar de forma regular estos productos naturales, frutas y verduras.

Pero afirmar, por extensión, que el consumo de suplementos de antioxidantes tiene esos mismos efectos beneficiosos resulta científicamente rebatible. Sin duda son necesarios más y mejores pruebas científicas sobre esta cuestión:[169]

  • La American Heart Association reconoce que no hay pruebas de que los suplementos de antioxidantes tengan ningún papel en la prevención del riesgo cardiovascular, y no los recomienda, e incluso menciona que algunos datos limitados indican ciertos riesgos asociados a estos productos.[170]
  • El National Cancer Institute, de la misma forma, destaca que las evidencias para afirmar que los suplementos de antioxidantes juegan algún papel en la prevención del cáncer son insuficientes, y que, por tanto, debe seguirse una dieta saludable basada en los alimentos vegetales sin recurrir a los suplementos.[171]

Medida y niveles en los alimentos

 
Frutas y verduras son buenas fuentes de antioxidantes.

La medida de antioxidantes no es un proceso directo, como este es un grupo diverso de compuestos con diversas reactividades a diversas especies reactivas del oxígeno. En tecnología de los alimentos, la capacidad de absorbancia de radicales del oxígeno (ORAC por sus siglas en inglés) se ha convertido en el estándar actual de la industria para determinar la capacidad de antioxidantes en alimentos, jugos y aditivos alimenticios.[172][173]​ Otras pruebas de medición incluyen el reactivo de Folin-Ciocalteu y el ensayo de capacidad antioxidante equivalente al trolox.[174][175]​ En medicina, una gama de diversos análisis se utiliza para determinar la capacidad antioxidante del plasma sanguíneo y de éstos, el análisis de ORAC es el más confiable.[176]

Los antioxidantes se encuentran en cantidades que varían en alimentos tales como vegetales, frutas,[177]​ cereales del grano, legumbres y nueces. Algunos antioxidantes tales como licopeno y el ácido ascórbico se pueden destruir si son almacenados mucho tiempo, o por cocción prolongada.[178][179]​ Otros compuestos antioxidantes son más estables, por ejemplo los antioxidantes polifenólicos en alimentos tales como cereales, trigo integral y té.[180][181]​ En general los alimentos procesados contienen menos antioxidantes que los alimentos frescos y crudos, puesto que los procesos de la preparación exponen el alimento al oxígeno.[182]​ Existe un mercado creciente en alimentos funcionales, lo que ha conllevado la aparición de productos enriquecidos en antioxidantes, como pueden ser diversas margarinas o aceite de oliva enriquecido con licopeno.[183]

Compuestos antioxidantes Alimentos[153][184]
Vitamina C (ácido ascórbico) Frutas y vegetales
Vitamina E (tocoferoles, tocotrienoles) Aceites vegetales
Antioxidantes polifenólicos (resveratrol, flavonoides) , café, soja, fruta, chocolate, orégano y vino tinto.
Carotenoides (licopeno, carotenos) Frutas y vegetales

Algunos antioxidantes se producen en el cuerpo y no son absorbidos en el intestino. Un ejemplo es el glutatión, que es producido a partir de aminoácidos. Mientras que cualquier glutatión en los intestinos es escindido para liberar cisteína, glicina y ácido glutámico antes de ser absorbido, incluso las dosis orales grandes tienen poco efecto en la concentración del glutatión en el cuerpo.[185]​ El ubiquinol (coenzima Q) también se absorbe mal en los intestinos y es producido en el ser humano por la ruta del mevalonato.[36]

Usos en tecnología

Antioxidantes en alimentos

La oxidación de los alimentos, o enranciamiento, es la segunda causa de deterioro, después de la alteración por microorganismos. Consecuentemente se utilizan antioxidantes para preservar los alimentos. La exposición al oxígeno y la luz del sol son dos de los factores principales que causan la oxidación de alimentos, así que el alimento es protegido manteniéndolo en la oscuridad y en envases impermeables al oxígeno. En la conservación de vegetales no procesados, como el oxígeno es también importante para la respiración de la planta, almacenarlos en condiciones anaerobias produce sabores y colores desagradables.[186]​ Por lo tanto el empaquetado de frutas frescas y vegetales contiene una atmósfera de oxígeno de ~8%. También pueden intervenir en la oxidación enzimas. Su acción se previene mediante el escaldado.

La oxidación afecta principalmente a los ácidos grasos insaturados, de modo que cuánto más insaturadas son las grasas presentes en un alimento, más fácil es que se oxiden. La oxidación se produce por una reacción en cadena de radicales libres, que se ve acelerada por la presencia de iones de metales con dos valencias estables, especialmente hierro y cobre. Esta reacción se puede producir también en alimentos congelados. Los antioxidantes presentes de forma natural o añadidos a los alimentos pueden actuar de cuatro formas[187]​:

  • Eliminando el oxígeno al reaccionar con él, como hacen el ácido ascórbico y el eritórbico.
  • Cortando la reacción de propagación en cadena, estabilizando los radicales libres. De esta forma actúan los tocoferoles (E306), el galato de propilo (PG, E310), la ter-butilhidroquinona (TBHQ), el butil hidroxianisol (BHA, E320) y el butil hidroxitolueno (BHT, E321).[188][189]​, así como diversos antioxidantes presentes en especias, como el ácido carnósico del romero.
  • Secuestrando los metales que pueden actuar como catalizadores. Este es el mecanismo por el que actúan el ácido cítrico y el EDTA.
  • Mediante quenching del oxígeno singlete, mecanismo por el que actúan los carotenoides.

Uso industrial

Algunos antioxidantes se agregan a productos industriales. Un uso común es como estabilizador en combustibles y lubricantes para prevenir la oxidación, y en la gasolina para prevenir la polimerización que conduce a la formación de residuos en los motores.[190]​ También se utilizan para prevenir la degradación oxidativa del caucho, los plásticos y los pegamentos que causa una pérdida de la fuerza y flexibilidad de estos materiales.[191]​ Los conservantes antioxidantes también se agregan a los cosméticos a base de grasa tales como lápices labiales y cremas hidratantes para prevenir la rancidez.

Aditivo Componentes[192] Aplicaciones[192]
AO-22 N,N'-di-2-butil-1,4-fenilenediamina Aceites de turbinas y transformadores, fluidos hidráulicos, ceras y grasas
AO-24 N,N'-di-2-butil-1,4-fenilenediamina Aceite de baja temperatura
AO-29 2,6-di-tert-butil-4-metilfenol Aceites de turbinas y transformadores, fluidos hidráulicos, ceras, grasas y gasolina
AO-30 2,4-dimetil-6-tert-butilfenol Combustible de aviones
AO-31 2,4-dimetil-6-tert-butilfenol Combustible de aviones
AO-32 2,4-dimetil-6-tert-butilfenol y 2,6-di-tert-butil-4-metilfenol Combustible de aviones
AO-37 2,6-di-tert-butilfenol Combustible de aviones ampliamente utilizado

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Lecturas complementarias

Enlaces externos

  • Damage-Based Theories of Aging
  • Foods that are rich in antioxidants
  • U.S. National Institute Health, Office on Dietary Supplements
  • MedlinePlus: Antioxidants.
  •   Datos: Q133948
  •   Multimedia: Antioxidants

antioxidante, antioxidante, molécula, capaz, retardar, prevenir, oxidación, otras, moléculas, oxidación, reacción, química, transferencia, electrones, sustancia, agente, oxidante, reacciones, oxidación, pueden, producir, radicales, comienzan, reacciones, caden. Un antioxidante es una molecula capaz de retardar o prevenir la oxidacion de otras moleculas La oxidacion es una reaccion quimica de transferencia de electrones de una sustancia a un agente oxidante Las reacciones de oxidacion pueden producir radicales que comienzan reacciones en cadena que danan las celulas Los antioxidantes terminan estas reacciones quitando intermedios del radical e inhiben otras reacciones de oxidacion oxidandose ellos mismos Debido a esto es que los antioxidantes son a menudo agentes reductores tales como tioles o polifenoles Los antioxidantes se encuentran contenidos en el olivo ajo arroz integral cafe coliflor brocoli berenjena jengibre perejil cebolla citricos semolina tomates aceite de semilla de la vid te romero entre otros muchos alimentos La capacidad antioxidante de algunos frutos como es el caso de las berenjenas es mayor durante sus estadios iniciales 1 Tambien son parte importante constituyente de la leche materna Modelo de llenado de espacios del metabolito antioxidante glutation La esfera amarilla es el atomo reductor activo del azufre que proporciona actividad antioxidante mientras que las esferas rojas azules blancas grises y negras representan los atomos de oxigeno nitrogeno hidrogeno y carbono respectivamente Aunque las reacciones de oxidacion son cruciales para la vida tambien pueden ser perjudiciales por lo tanto las plantas y los animales mantienen complejos sistemas de multiples tipos de antioxidantes tales como glutation vitamina C y vitamina E asi como enzimas tales como la catalasa superoxido dismutasa y varias peroxidasas Los niveles bajos de antioxidantes o la inhibicion de las enzimas antioxidantes causan estres oxidativo y pueden danar o matar las celulas El estres oxidativo ha sido asociado a la patogenesis de muchas enfermedades humanas Por esta razon la farmacologia estudia de forma intensiva el uso de antioxidantes particularmente como tratamiento para accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas Sin embargo se desconoce si el estres oxidativo es la causa o la consecuencia de tales enfermedades Los antioxidantes tambien son ampliamente utilizados como ingredientes en suplementos dieteticos con la esperanza de mantener la salud y de prevenir enfermedades tales como el cancer y la cardiopatia isquemica Aunque algunos estudios han sugerido que los suplementos antioxidantes tienen beneficios para la salud otros grandes ensayos clinicos no detectaron ninguna ventaja para las formulaciones probadas y el exceso de la suplementacion puede llegar a ser danino Ademas de estas aplicaciones en medicina los antioxidantes tienen muchas aplicaciones industriales tales como conservantes de alimentos y cosmeticos y la prevencion de la degradacion del caucho y la gasolina Indice 1 Historia 2 El desafio oxidativo en la naturaleza 3 Metabolitos 3 1 Descripcion 3 2 Acido ascorbico 3 3 Glutation 3 4 Melatonina 3 5 Tocoferoles y tocotrienoles 3 6 Carotenoides 3 7 Polifenoles 4 Actividades pro oxidantes 5 Sistemas de enzimas 5 1 Descripcion 5 2 Superoxido dismutasa catalasa y peroxirredoxinas 5 3 Sistemas tiorredoxina y glutation 6 Estres oxidativo y enfermedades 7 Efectos en la salud 7 1 Tratamiento de enfermedades 7 2 Prevencion de enfermedades 7 3 Ejercicio fisico 7 4 Efectos adversos 7 5 Controversias 8 Medida y niveles en los alimentos 9 Usos en tecnologia 9 1 Antioxidantes en alimentos 9 2 Uso industrial 10 Referencias 11 Lecturas complementarias 12 Enlaces externosHistoria EditarEl termino antioxidante fue utilizado originalmente para referirse especificamente a un producto quimico que previniera el consumo de oxigeno A finales del siglo XIX y a principios de siglo XX extensos estudios fueron dedicados a las aplicaciones de antioxidantes en importantes procesos industriales tales como la prevencion de la corrosion del metal la vulcanizacion del caucho y la polimerizacion de combustibles en la formacion de escoria en motores de combustion interna 2 Las primeras investigaciones sobre el rol de los antioxidantes en biologia se centro en su uso en la prevencion de la oxidacion de grasas insaturadas que es la causa de la rancidez 3 La actividad antioxidante podia ser medida simplemente colocando la grasa en un contenedor cerrado con oxigeno y midiendo la tasa de consumo de este Sin embargo fue la identificacion de las vitaminas A C y E como antioxidantes la que revoluciono el campo y condujo a dilucidar la importancia de los antioxidantes en la bioquimica de los organismos vivos 4 5 Los posibles mecanismos de accion de los antioxidantes fue investigada por primera vez cuando fue reconocido que una sustancia con actividad antioxidante es probable que sea una que se oxida a si misma facilmente 6 La investigacion en como la vitamina E previene el proceso de peroxidacion de lipidos condujo a la identificacion de antioxidantes como agentes reductores que previenen reacciones oxidativas a menudo depurando especies reactivas del oxigeno antes de que puedan danar las celulas 7 El desafio oxidativo en la naturaleza EditarArticulo principal Estres oxidativo Estructura de la vitamina antioxidante acido ascorbico vitamina C Una paradoja en el metabolismo es que mientras que la gran mayoria de la vida compleja requiere del oxigeno para su existencia el oxigeno es una molecula altamente reactiva que dana a los seres vivos produciendo especies reactivas del oxigeno 8 Por lo tanto los organismos poseen una compleja red de metabolitos y enzimas antioxidantes que trabajan juntos para prevenir el dano oxidativo de los componentes celulares tales como el ADN proteinas y lipidos 9 10 Generalmente los sistemas antioxidantes evitan que estas especies reactivas sean formadas o las eliminan antes de que puedan danar los componentes vitales de la celula 8 9 Las especies reactivas del oxigeno que se producen en las celulas incluyen el peroxido de hidrogeno H2O2 el acido hipocloroso HClO y radicales libres tales como el radical hidroxilo OH y el radical superoxido O2 11 El radical del oxhidrilo es particularmente inestable y reacciona rapidamente y de forma no especifica con la mayoria de las moleculas biologicas Esta especie se produce del peroxido de hidrogeno en reacciones redox catalizadas por metales como la reaccion de Fenton 12 Estos oxidantes pueden danar las celulas comenzando reacciones quimicas en cadena tales como la peroxidacion de lipidos u oxidando el ADN o proteinas 9 Los danos al ADN pueden causar mutaciones y posiblemente cancer si no son revertidos por los mecanismos de reparacion del ADN 13 14 mientras que los danos a las proteinas causan la inhibicion de enzimas la desnaturalizacion y la degradacion de proteinas 15 El uso de oxigeno como parte del proceso para generar energia metabolica produce especies reactivas del oxigeno 16 En este proceso el anion de superoxido se produce como subproducto de varios pasos en la cadena de transporte de electrones 17 Particularmente importante es la reduccion de la coenzima Q en el complejo III ya que un radical libre altamente reactivo se forma como intermediario Q Este intermediario inestable puede conducir a una perdida de electrones cuando estos saltan directamente al oxigeno molecular y forman el anion superoxido en vez de desplazarse con la serie de reacciones bien controladas de la cadena de transporte de electrones 18 En un sistema similar de reacciones en plantas las especies reactivas del oxigeno tambien se producen durante la fotosintesis bajo condiciones de alta intensidad luminica 19 Este efecto es compensado en parte por la implicacion de carotenoides en la fotoinhibicion lo que implica que estos antioxidantes reaccionan con las formas sobre reducidas de los centros de reaccion fotosinteticos y de tal modo previenen la produccion de superoxido 20 Otro proceso que produce especies reactivas del oxigeno es la oxidacion lipidica que tiene lugar como consecuencia de la produccion de eicosanoides Sin embargo las celulas estan provistas de mecanismos que previenen oxidaciones innecesarias Las enzimas oxidativas de estas rutas biosinteticas estan coordinadas y son altamente reguladas 21 Metabolitos EditarDescripcion Editar Los antioxidantes se clasifican en dos amplios grupos dependiendo de si son solubles en agua hidrofilicos o en lipidos hidrofobicos En general los antioxidantes solubles en agua reaccionan con los oxidantes en el citoplasma celular y el plasma sanguineo mientras que los antioxidantes liposolubles protegen las membranas de la celula contra la peroxidacion de lipidos 9 Estos compuestos se pueden sintetizar en el cuerpo u obtener de la dieta 10 Los diferentes antioxidantes estan presentes en una amplia gama de concentraciones en fluidos corporales y tejidos con algunos tales como el glutation o la ubiquinona mayormente presente dentro de las celulas mientras que otros tales como el acido urico se distribuyen mas uniformemente a traves del cuerpo La importancia relativa y las interacciones entre estos diferentes antioxidantes constituye un area compleja con varios metabolitos y sistemas de enzimas teniendo efectos sinergicos e interdependientes unos de otros 22 23 La accion de un antioxidante puede depender de la funcion apropiada de otros miembros del sistema antioxidante 10 La cantidad de proteccion proporcionada por cualquier antioxidante depende de su concentracion de su reactividad hacia la especie reactiva del oxigeno y del estado de los antioxidantes con los cuales interactua 10 Algunos compuestos contribuyen a la defensa antioxidante quelando los metales de transicion y evitando que catalicen la produccion de radicales libres en la celula Particularmente importante es la capacidad de secuestrar el hierro que es la funcion de proteinas de union al hierro tales como la transferrina y la ferritina 24 El selenio y el zinc son comunmente mencionados como nutrientes antioxidantes pero estos elementos quimicos no tienen ninguna accion antioxidante ellos mismos sino que se requieren para la actividad de algunas enzimas antioxidantes Metabolito antioxidante Solubilidad Concentracion en suero humano mM 25 Concentracion en tejido del higado mmol kg Acido ascorbico vitamina C Agua 50 60 26 260 hombre 27 Glutation Agua 325 650 28 6 400 hombre 27 Acido lipoico Agua 0 1 0 7 29 4 5 rata 30 Acido urico Agua 200 400 31 1 600 hombre 27 Carotenos Lipido b caroteno 0 5 1 32 retinol vitamina A 1 3 33 5 hombre total de carotenoides 34 a tocoferol vitamina E Lipido 10 40 33 50 hombre 27 Ubiquinol coenzima Q Lipido 5 35 200 hombre 36 Acido ascorbico Editar El acido ascorbico o vitamina C es un antioxidante monosacarido encontrado en animales y plantas Como no puede ser sintetizado por los seres humanos y debe ser obtenido de la dieta es una vitamina 37 La mayoria de los otros animales pueden producir este compuesto en sus cuerpos y no lo requieren en sus dietas 38 En celulas es mantenido en su forma reducida por la reaccion con el glutation que se puede catalizar por la proteina disulfuro isomerasa y las glutarredoxinas 39 40 El acido ascorbico es un agente reductor y puede reducir y de tal modo neutralizar especies reactivas del oxigeno tal como el peroxido de hidrogeno 41 Ademas de sus efectos antioxidantes directos el acido ascorbico es tambien un sustrato para la enzima antioxidante ascorbato peroxidasa una funcion que es particularmente importante en resistencia al estres en plantas 42 Glutation Editar El mecanismo de radical libre de la peroxidacion de lipidos El glutation es un peptido que contiene cisteina y es encontrado en la mayoria de las formas de vida aerobia 43 No es requerido en la dieta y es sintetizado en las celulas desde sus aminoacidos constitutivos 44 El glutation tiene caracteristicas antioxidantes ya que el grupo tiol en su porcion de cisteina es un agente reductor y puede ser oxidado y ser reducido de forma reversible En las celulas el glutation es mantenido en forma reducida por la enzima glutation reductasa y alternadamente reduce otros metabolitos y sistemas de enzimas asi como reacciona directamente con los oxidantes 39 Debido a su alta concentracion y a su papel central en mantener el estado redox de la celula el glutation es uno de los antioxidantes celulares mas importantes 43 Melatonina Editar La melatonina es un poderoso antioxidante que puede cruzar facilmente las membranas celulares y la barrera hematoencefalica 45 A diferencia de otros antioxidantes la melatonina no experimenta un ciclo redox que es la capacidad de una molecula de experimentar la reduccion y la oxidacion repetidas veces El completar un ciclo redox permite a otros antioxidantes tales como la vitamina C actuar como pro oxidantes y promover la formacion de radicales libre La melatonina una vez que es oxidada no se puede reducir a su estado anterior porque forma varios productos finales estables una vez que reacciona con radicales libres Por lo tanto se le ha referido como antioxidante terminal o suicida 46 Tocoferoles y tocotrienoles Editar La vitamina E es el nombre colectivo para un sistema de ocho tocoferoles y tocotrienoles relacionados que son vitaminas antioxidantes liposolubles 47 De estos el a tocoferol ha sido muy estudiado ya que tiene la biodisponibilidad mas alta y el cuerpo preferentemente absorbe y metaboliza esta forma 48 La forma del a tocoferol es la mas importante de los antioxidantes liposolubles y protege las membranas de la celula contra la oxidacion reaccionando con los radicales del lipido producidos en la reaccion en cadena de peroxidacion de lipidos 47 Esto quita las formas intermedias de radicales libres y evita que la propagacion de la reaccion en cadena continue Los radicales oxidados del a tocoferoxil producidos en este proceso se pueden reciclar de nuevo a la forma reducida activa a traves de la reduccion por el ascorbato el retinol o el ubiquinol 49 Las funciones de las otras formas de la vitamina E estan menos estudiadas aunque el g tocoferol es un nucleofilo que puede reaccionar con mutagenos electrofilicos 48 y los tocotrienoles puede que tengan un rol especializado en la neuroproteccion 50 Carotenoides Editar Los carotenoides estan entre los pigmentos naturales mas comunes y han sido caracterizados hasta ahora mas de 1100 compuestos diferentes Los carotenoides son responsables por muchos de los colores rojos amarillos y naranja de las hojas frutas y flores de los vegetales asi como tambien por el color de algunos insectos aves peces y crustaceos Solamente pueden ser sintetizados por plantas hongos bacterias y algas sin embargo muchos animales los incorporan a traves de la dieta Dos carotenoides dietarios importantes son el licopeno y el b caroteno 51 52 Estos estan involucrados en la eliminacion scavenging de dos de las especies reactivas del oxigeno el oxigeno singlete y el radical peroxilo Ademas son efectivos desactivando moleculas excitadas electronicamente las cuales estan involucradas en la generacion tanto de radicales como del propio oxigeno singlete 53 El quenching del oxigeno singlete por los carotenoides ocurre a traves de un quenching tanto fisico como quimico La interaccion de los carotenoides con el oxigeno singlete depende principalmente del quenching fisico lo cual implica la transferencia directa de energia entre ambas moleculas La energia del oxigeno singlete es transferida al carotenoide produciendo oxigeno triplete molecular en su estado basal y caroteno excitado El carotenoide retorna a su estado basal disipando esta energia a traves de la interaccion con el solvente a su alrededor En contraste con el quenching fisico las reacciones quimicas entre el oxigeno singlete y los carotenoides son de menor importancia contribuyendo con menos del 0 05 de la tasa total de quenching Puesto que los carotenoides permanecen intactos durante el quenching fisico del oxigeno singlete estos pueden ser reusados varias veces en estos ciclos de quenching El b caroteno y otros carotenodes son los quenchers naturales mas eficientes para el oxigeno singlete Su actividad como quenchers esta relacionada con el numero de dobles enlaces conjugados presentes en la molecula 52 54 Los carotenoides barren eficientemente los radicales peroxilos especialmente cuando la tension de oxigeno es baja La desactivacion de los radicales peroxilos probablemente dependa de la formacion aducto radical formando un carbono central radical estabilizado por resonancia 55 56 Cantrell y col 2003 reportaron la capacidad de seis carotenoides dietarios b caroteno licopeno zeaxantina astaxantina cantaxantina y luteina para quenchar el oxigeno singlete en un modelo de membranas celulares en donde el oxigeno singlete fue generado tanto en la fase acuosa como en la lipidica encontrando que el licopeno y el b caroteno exhibieron la tasa mas rapida de quenching siendo la luteina la menos eficiente Los otros carotenoides tuvieron constantes intermedias Bando y col 2004 realizaron un experimento usando ratones alimentados con b caroteno para determinar si este sirve como antioxidante en la piel expuesta a los rayos UV A actuando como quencher del oxigeno singlete encontrando que el b caroteno dietario se acumula en la piel y actua como agente protector contra el dano oxidativo inducido por las radiaciones UV A a traves de quenching del oxigeno singlete Los b carotenos dietarios se acumulan en la piel y actuan como agentes protectores contra el dano oxidativo inducido por las radiaciones UV A a traves del quenching del oxigeno singlete Polifenoles Editar Los polifenoles son fitoquimicos de bajo peso molecular esenciales para el ser humano Estos constituyen uno de los metabolitos secundarios de las plantas mas numerosos y distribuidos por toda la planta con mas de 800 estructuras conocidas en la actualidad Los polifenoles naturales pueden ir desde moleculas simples acido fenolico hidroxitirosol fenilpropanoides flavonoides hasta compuestos altamente polimerizados ligninas taninos Los flavonoides representan el subgrupo mas comun y ampliamente distribuido y entre ellos los flavonoles son los mas ampliamente distribuidos Al estar ampliamente distribuidos en el reino vegetal constituyen parte integral de la dieta 57 58 59 Los polifenoles poseen una estructura quimica ideal para la actividad como consumidores de radicales libres Su propiedad como antioxidante proviene de su gran reactividad como donantes de electrones e hidrogenos y de la capacidad del radical formado para estabilizar y deslocalizar el electron desapareado termina la reaccion en cadena y de su habilidad para quelar iones de metales de transicion 60 Los polifenoles poseen una porcion hidrofilica y una porcion hidrofobica por lo que pueden actuar en contra de ROS que son producidas en medios tanto hidrofobicos como acuosos Su capacidad antioxidante esta directamente relacionada con el grado de hidroxilacion del compuesto 57 Los flavonoides tienen una poderosa accion antioxidante in Vitro siendo capaces de barrer un amplio rango de especies reactivas del oxigeno nitrogeno y cloro tales como el superoxido el radical hidroxilo el radical peroxilo el acido hipocloroso actuando como agentes reductores Ademas pueden quelar iones de metales de transicion 59 61 Soobrattee y col 2005 evaluaron la capacidad antioxidante de diferentes polifenoles encontrando que comparado con los antioxidantes fisiologicamente activos glutation a tocoferol ergotioneina y los sinteticos trolox BHT BHA estos compuestos exhibieron una eficacia mayor como antioxidantes Roginsky 2003 midiendo la actividad antioxidante de varios polifenoles naturales durante la oxidacion del metil linoleato encontro que todos los polifenoles estudiados mostraron una pronunciada actividad antioxidante considerando que el mecanismo molecular subyacente a la actividad antioxidante de los polifenoles es el de actuar rompiendo la reaccion en cadena Los polifenoles con dos grupos hidroxilos adyacentes o cualquier otra estructura quelante pueden unir metales de transicion Los polifenoles actuan como consumidores del radical hidroxilo el peroxinitrito y el acido hipocloroso actuando como agentes reductores 57 Actividades pro oxidantes EditarLos antioxidantes que son agentes de reduccion pueden tambien actuar como pro oxidantes Por ejemplo la vitamina C tiene actividad antioxidante cuando reduce sustancias oxidantes tales como el peroxido de hidrogeno 62 sin embargo puede tambien reducir iones de metales lo que conduce a la generacion de radicales libres a traves de la reaccion de Fenton 63 64 2 Fe3 Ascorbato 2 Fe2 Dehidroascorbato2 Fe2 2 H2O2 2 Fe3 2 OH 2 OH dd La importancia relativa de las actividades de los antioxidantes como pro oxidantes y antioxidantes es un area de investigacion actual pero la vitamina C por ejemplo parece tener una accion mayormente antioxidante en el cuerpo 63 65 Sin embargo hay menos datos disponibles para otros antioxidantes de la dieta como los polifenoles antioxidantes 66 el zinc 67 y la vitamina E 68 Sistemas de enzimas Editar Ruta enzimatica para la detoxificacion de especies reactivas del oxigeno Descripcion Editar Como con los antioxidantes quimicos las celulas son protegidas contra el estres oxidativo por una red de enzimas antioxidantes 8 9 El superoxido liberado por procesos tales como la fosforilacion oxidativa primero se convierte en peroxido de hidrogeno e inmediatamente se reduce para dar agua Esta ruta de detoxificacion es el resultado de multiples enzimas con la superoxido dismutasa catalizando el primer paso y luego las catalasas y varias peroxidasas que eliminan el peroxido de hidrogeno Como con los metabolitos antioxidantes las contribuciones de estas enzimas pueden ser dificiles de separar una de otra pero la generacion de ratones transgenicos que carecen solo de una enzima antioxidante puede ser informativa 69 Superoxido dismutasa catalasa y peroxirredoxinas Editar Las superoxido dismutasas SODs son una clase de las enzimas cercanamente relacionadas que catalizan el pasaje del anion de superoxido en peroxido de oxigeno y de hidrogeno 70 71 Las enzimas SODs estan presentes en casi todas las celulas aerobias y en el liquido extracelular 72 Las enzimas superoxido dismutasa contienen iones metalicos como cofactores que dependiendo de la isoenzima pueden ser cobre zinc manganeso o hierro En los seres humanos las SODs de zinc cobre estan presentes en el citosol mientras que las SODs de manganeso se encuentran en las mitocondrias 71 Tambien existe una tercera forma de SODs en liquidos extracelulares que contiene el cobre y el zinc en sus sitios activos 73 La isoenzima mitocondrial parece ser la mas importante biologicamente de estas tres puesto que los ratones que carecen de esta enzima mueren poco despues de nacer 74 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 minimos 69 75 En plantas las isoenzimas de SODs estan presentes en el citosol y las mitocondrias con SODs de hierro encontradas en cloroplastos y ausentes en los vertebrados y las levaduras 76 Las catalasas son enzimas que catalizan la conversion del peroxido de hidrogeno en agua y oxigeno usando hierro o manganeso como cofactor 77 78 Esta proteina se localiza en los peroxisomas de la mayoria de las celulas eucariotas 79 La catalasa es una enzima inusual ya que aunque el peroxido de hidrogeno es su unico sustrato sigue un mecanismo de ping pong Su cofactor es oxidado por una molecula de peroxido de hidrogeno y despues regenerado transfiriendo el oxigeno enlazado a una segunda molecula de sustrato 80 A pesar de su evidente importancia en la eliminacion del peroxido de hidrogeno los seres humanos con deficiencia genetica de la catalasa acatalasemia o los ratones geneticamente modificados para carecer completamente de catalasa sufren de pocos efectos negativos 81 82 Estructura decamerica de AhpC una 2 cistein peroxirredoxina de Salmonella typhimurium 83 Las peroxirredoxinas son peroxidasas que catalizan la reduccion de peroxido de hidrogeno hidroperoxido organico y peroxinitrito 84 Se dividen en tres clases las tipicas 2 cistein peroxirredoxinas las atipicas 2 cistein peroxirredoxinas y las 1 cistein peroxirredoxinas 85 Estas enzimas comparten el mismo mecanismo catalitico basico en el cual una cisteina redox activa en el sitio activo es oxidada a un acido sulfenico por el sustrato del peroxido 86 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 hemolitica mientras que las plantas utilizan peroxirredoxinas para quitar el peroxido de hidrogeno generado en los cloroplastos 87 88 89 Sistemas tiorredoxina y glutation Editar El sistema de la tiorredoxina contiene la proteina tiorredoxina de 12 kDa y su tiorredoxina reductasa companera 90 Las proteinas relacionadas con la tiorredoxina estan presentes en todos los organismos secuenciados con plantas tales como la Arabidopsis thaliana que tiene una diversidad particularmente grande de isoformas 91 El sitio activo de la tiorredoxina consiste en dos cisteinas 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 actua como un agente de reduccion eficiente removiendo especies reactivas del oxigeno y manteniendo otras proteinas en su estado reducido 92 Despues de ser oxidado la tiorredoxina activa es regenerada por la accion de la tiorredoxina reductasa usando NADPH como donante del electrones 93 El sistema del glutation incluye glutation glutation reductasa glutation peroxidasa y glutation S transferasa 43 Este sistema se encuentra en animales plantas y microorganismos 43 94 La glutation peroxidasa es una enzima que contiene cuatro cofactores de selenio que catalizan la ruptura del peroxido de hidrogeno y de hidroperoxidos organicos Hay por lo menos cuatro diferentes isoenzimas de glutation peroxidasa en animales 95 La glutation peroxidasa 1 es la mas abundante y es un muy eficiente removedor del peroxido de hidrogeno mientras que la glutation peroxidasa 4 es la mas activa con las hidroperoxidos de lipidos Asombrosamente la glutation peroxidasa 1 no es indispensable ya que ratones que carecen de esta enzima tienen esperanzas de vida normales 96 pero son hipersensibles al estres oxidativo inducido 97 Ademas las glutation S transferasas son otra clase de enzimas antioxidantes dependientes de glutation que muestran una elevada actividad con los peroxidos de lipidos 98 Estas enzimas se encuentran en niveles particularmente elevados en el higado y tambien sirven en el metabolismo de la detoxificacion 99 Estres oxidativo y enfermedades EditarSe piensa que el estres oxidativo contribuye al desarrollo de una amplia gama de enfermedades incluyendo la enfermedad de Alzheimer 100 101 la enfermedad de Parkinson 102 las patologias causadas por la diabetes 103 104 la artritis reumatoide 105 y neurodegeneracion en enfermedades de las neuronas motoras 106 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 sintomas de la enfermedad 11 como alternativa plausible una enfermedad neurodegenerativa puede resultar del transporte axonal defectuoso de las mitocondrias que realizan reacciones de oxidacion Un caso en el cual esto encaja es en el particularmente bien comprendido papel del estres oxidativo en las enfermedades cardiovasculares Aqui la oxidacion de la lipoproteina de baja densidad LDL parece accionar el proceso del aterogenesis que da lugar a la aterosclerosis y finalmente a la enfermedad cardiovascular 107 108 Del mismo modo numerosos estudios han observado que el estres oxidativo promueve la apoptosis por diferentes vias de senalizacion 109 Una dieta con pocas calorias prolonga la esperanza de vida media y maxima en muchos animales Este efecto puede implicar una reduccion en el estres oxidativo 110 Mientras que hay buena evidencia que sustenta el papel del estres oxidativo en el envejecimiento en organismos modelo tales Drosophila melanogaster y Caenorhabditis elegans 111 112 la evidencia en mamiferos es menos clara 113 114 115 Dietas abundantes en frutas y vegetales que poseen elevados niveles de antioxidantes promueven la salud y reducen los efectos del envejecimiento cita requerida no obstante la suplementacion antioxidante de la vitamina no tiene ningun efecto perceptible en el proceso de envejecimiento asi que los efectos de las frutas y vegetales pueden no estar relacionados con su contenido de antioxidantes 116 117 Efectos en la salud EditarTratamiento de enfermedades Editar El cerebro es unico en cuanto a su gran vulnerabilidad a danos oxidativos debido a su alta tasa metabolica y a niveles elevados de lipidos poliinsaturados que son el blanco de la peroxidacion de lipidos 118 Por lo tanto los antioxidantes son de uso general en medicina para tratar varias formas de lesiones cerebrales Los analogos de la superoxido dismutasa 119 como el tiopentato de sodio y propofol son usados para tratar danos por reperfusion y lesion cerebral traumatica 120 mientras que la droga experimental NXY 059 121 122 y ebselen 123 son utilizadas en el tratamiento de los accidentes cerebrovasculares Estos compuestos parecen prevenir el estres oxidativo en neuronas y prevenir la apoptosis y el dano neurologico Los antioxidantes tambien se estan investigando como posibles tratamientos para las enfermedades neurodegenerativas tales como la enfermedad de Alzheimer la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral amiotrofica 124 125 Prevencion de enfermedades Editar Estructura del polifenol antioxidante resveratrol Los antioxidantes pueden anular los efectos perjudiciales de los radicales libres en las celulas 9 y la gente con una dieta de frutas y vegetales ricos en polifenoles y antocianinas tienen un riesgo mas bajo de contraer cancer enfermedades cardiacas y algunas enfermedades neurologicas 126 Esta observacion sugirio que estos compuestos pudieran prevenir enfermedades tales como degeneracion macular 127 inmunidad suprimida debido a una nutricion pobre 128 y neurodegeneracion que son causados por el estres oxidativo 129 Sin embargo a pesar del papel claro del estres oxidativo en las enfermedades cardiovasculares estudios controlados usando vitaminas antioxidantes no han mostrado ninguna reduccion clara en el progreso o riesgo de contraer enfermedades cardiacas 130 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 mas frutas y vegetales 131 Se piensa que la oxidacion de lipoproteinas de baja densidad en la sangre contribuye a las enfermedades cardiacas y en estudios de observacion iniciales se encontro que gente que tomaba suplementos de la vitamina E tenia riesgos mas bajos de desarrollar enfermedades cardiacas 132 Por consiguiente se realizaron por lo menos siete grandes ensayos clinicos conducidos para probar los efectos del suplemento antioxidante con vitamina E en dosis que se extendian desde los 50 a los 600 mg por dia Sin embargo en ninguno de estos ensayos se encontro un efecto estadistico significativo de la vitamina E sobre el numero total de muertes o en las muertes debido a enfermedades cardiacas 133 Mientras que varios ensayos han investigado suplementos con altas dosis de antioxidantes el estudio Supplementation en Vitamines et Mineraux Antioxydants SU VI MAX testeo el efecto de la suplementacion con dosis comparables a las de una dieta sana 134 Mas de 12 500 hombres y mujeres de Francia tomaron tanto dosis bajas de antioxidates 120 mg de acido ascorbico 30 mg de vitamina E 6 mg de beta caroteno 100 m displaystyle mu g de selenio y 20 mg de zinc o pildoras de placebo por un promedio de 7 5 anos Los investigadores encontraron que no habia ningun efecto estadistico significativo de los antioxidantes en la esperanza de vida media cancer o enfermedades cardiacas Sin embargo un analisis de un subgrupo demostro una reduccion del 31 en el riesgo de cancer en hombres pero no en mujeres La produccion de antioxidantes naturales y los antioxidantes que se obtienen con la alimentacion no es suficiente para la mayoria de las personas por esa razon muchas companias alimentarias y de nutraceuticos venden formulaciones de antioxidantes como suplementos dieteticos y estos son ampliamente consumidos en los paises industrializados 135 Estos suplementos pueden incluir quimicos especificos 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 te 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 que cantidades 126 136 137 La terapia antioxidante es uno de los temas de mayor actividad investigadora en los ultimos anos en los que han comenzado a sumarse la presencia de diversos nanomateriales con potenciales propiedades farmacologicas 138 Ejercicio fisico Editar Durante el ejercicio el consumo de oxigeno puede aumentar por un factor mayor a 10 139 Esto da lugar a un gran aumento en la produccion de oxidantes y los resultados de los danos que contribuye a la fatiga muscular durante y despues del ejercicio La respuesta inflamatoria que se produce despues de arduos ejercicios tambien esta asociada con el estres oxidativo especialmente en las 24 horas despues de un periodo de sesiones de ejercicio La respuesta del sistema inmunitario a los danos causados por el ejercicio llega a su maximo de 2 a 7 dias despues del ejercicio el periodo de adaptacion durante el cual el resultado de una mayor aptitud es mayor Durante este proceso los radicales libres son producidos por los neutrofilos para eliminar el tejido danado Como resultado elevados niveles de antioxidantes tienen el potencial para inhibir los mecanismos de recuperacion y adaptacion 140 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 glutation para hacer frente al aumento de estres oxidativo 141 Es posible que este efecto pueda ser en cierta medida una proteccion contra las enfermedades que estan asociadas al estres oxidativo lo que podria proporcionar una explicacion parcial de la menor incidencia de las enfermedades mas comunes y una mejora en la salud de las personas que realizan ejercicio regularmente 142 Sin embargo no se han observado beneficios en deportistas que toman suplementos de vitamina A o E 143 Por ejemplo a pesar de su papel clave en la prevencion de la peroxidacion de los lipidos de membrana en 6 semanas de suplementacion con vitamina E no se observan efectos sobre el dano muscular en corredores de maraton 144 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 dano muscular 145 146 Sin embargo otros estudios no encontraron tales efectos y algunos sugieren que los suplementos con cantidades tan altas como 1 000 mg inhiben la recuperacion 147 Efectos adversos Editar Estructura del quelante acido fitico Acidos reductores relativamente fuertes pueden tener efectos negativos en la nutricion al unirse con los minerales de la dieta como el hierro y el zinc en el tracto gastrointestinal lo que les impiden ser absorbidos 148 Entre los ejemplos mas notables estan el acido oxalico los taninos y acido fitico que se encuentran en cantidades elevadas en dietas vegetarianas 149 Deficiencias de hierro y calcio son frecuentes en las dietas de los paises en vias de desarrollo donde la dieta tiene menos carne y hay un elevado consumo de acido fitico de los frijoles y el pan sin levadura de grano entero 150 Alimentos Acido reductor presenteChocolate espinaca nabo y ruibarbo 151 Acido oxalicoGranos enteros maiz legumbres 152 Acido fiticoTe frijoles repollo 151 153 TaninosAntioxidantes no polares como el eugenol un importante componente del aceite de clavo de olor tiene limites de toxicidad que pueden ser superados con el mal uso de los aceites esenciales sin diluir 154 La toxicidad asociada con elevadas dosis de antioxidantes solubles en agua tales como el acido ascorbico es mucho menos comun ya que estos compuestos pueden ser excretados rapidamente en la orina 155 Dosis muy altas de algunos antioxidantes pueden tener efectos nocivos a largo plazo Los analisis de ensayos de la eficacia del beta caroteno y retinol CARET por sus siglas en ingles en pacientes con cancer de pulmon han demostrado que los fumadores que toman suplementos de beta caroteno aumentan sus probabilidades de contraer este tipo de cancer 156 Estudios posteriores han confirmado estos efectos negativos en los fumadores provocados por el beta caroteno 157 Estos efectos nocivos tambien pueden verse en los no fumadores segun un reciente metaanalisis de los datos incluyendo datos de aproximadamente 230 000 pacientes se mostro que la suplementacion 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 158 No se observaron riesgos para la salud cuando todos los estudios aleatorios se examinaron juntos pero un aumento en la mortalidad se detecto solo cuando los ensayos de alta calidad y bajo error sistematico se analizaron por separado Sin embargo como la mayoria de estos ensayos trataban con personas mayores o que ya sufrian alguna enfermedad estos resultados pueden no ser aplicables a la poblacion en general 159 Estos resultados son consistentes con algunos metaanalisis precedentes que tambien sugirieron que la suplementacion con vitamina E aumentaba la mortalidad 160 y que los suplementos antioxidantes aumentan el riesgo de cancer de colon 161 Sin embargo los resultados de este metaanalisis son inconconsistentes con otros estudios como el ensayo SU VI MAX que sugiere que los antioxidantes no tienen ningun efecto sobre las causas de mortalidad 134 162 163 164 En general el gran numero de ensayos clinicos llevados a cabo sobre los suplementos antioxidantes sugieren que cualquiera de estos productos no tienen ningun efecto sobre la salud o que causan un pequeno aumento en la mortalidad en los ancianos o en grupos de la poblacion vulnerables 126 136 158 Mientras que la administracion de suplementos antioxidantes se utiliza ampliamente en los intentos para impedir el desarrollo de cancer se ha propuesto que los antioxidantes pueden paradojicamente interferir con los tratamientos contra el cancer 165 Se cree que esto ocurre ya que el entorno de las celulas cancerosas causa altos niveles de estres oxidativo haciendo que estas celulas sean mas susceptibles a un mayor estres oxidativo inducido por los tratamientos Como consecuencia al reducir el estres redox en las celulas cancerosas se cree que los suplementos antioxidantes disminuyen la eficacia de la radioterapia y la quimioterapia 166 Sin embargo esta preocupacion no parece ser valida ya que ha sido abordada por multiples ensayos clinicos que indican que los antioxidantes pueden ser neutrales o beneficiosas en el tratamiento del cancer 167 168 Controversias Editar No son pocos los expertos que mantienen posiciones criticas sobre los supuestos efectos beneficiosos atribuidos a los suplementos de antioxidantes Nadie discute hoy que hay pruebas de que las frutas y hortalizas que contienen antioxidantes tienen ciertos efectos beneficiosos sobre distintos aspectos de la salud Consecuentemente se acepta como una recomendacion de consumo saludable la de tomar de forma regular estos productos naturales frutas y verduras Pero afirmar por extension que el consumo de suplementos de antioxidantes tiene esos mismos efectos beneficiosos resulta cientificamente rebatible Sin duda son necesarios mas y mejores pruebas cientificas sobre esta cuestion 169 La American Heart Association reconoce que no hay pruebas de que los suplementos de antioxidantes tengan ningun papel en la prevencion del riesgo cardiovascular y no los recomienda e incluso menciona que algunos datos limitados indican ciertos riesgos asociados a estos productos 170 El National Cancer Institute de la misma forma destaca que las evidencias para afirmar que los suplementos de antioxidantes juegan algun papel en la prevencion del cancer son insuficientes y que por tanto debe seguirse una dieta saludable basada en los alimentos vegetales sin recurrir a los suplementos 171 Medida y niveles en los alimentos Editar Frutas y verduras son buenas fuentes de antioxidantes La medida de antioxidantes no es un proceso directo como este es un grupo diverso de compuestos con diversas reactividades a diversas especies reactivas del oxigeno En tecnologia de los alimentos la capacidad de absorbancia de radicales del oxigeno ORAC por sus siglas en ingles se ha convertido en el estandar actual de la industria para determinar la capacidad de antioxidantes en alimentos jugos y aditivos alimenticios 172 173 Otras pruebas de medicion incluyen el reactivo de Folin Ciocalteu y el ensayo de capacidad antioxidante equivalente al trolox 174 175 En medicina una gama de diversos analisis se utiliza para determinar la capacidad antioxidante del plasma sanguineo y de estos el analisis de ORAC es el mas confiable 176 Los antioxidantes se encuentran en cantidades que varian en alimentos tales como vegetales frutas 177 cereales del grano legumbres y nueces Algunos antioxidantes tales como licopeno y el acido ascorbico se pueden destruir si son almacenados mucho tiempo o por coccion prolongada 178 179 Otros compuestos antioxidantes son mas estables por ejemplo los antioxidantes polifenolicos en alimentos tales como cereales trigo integral y te 180 181 En general los alimentos procesados contienen menos antioxidantes que los alimentos frescos y crudos puesto que los procesos de la preparacion exponen el alimento al oxigeno 182 Existe un mercado creciente en alimentos funcionales lo que ha conllevado la aparicion de productos enriquecidos en antioxidantes como pueden ser diversas margarinas o aceite de oliva enriquecido con licopeno 183 Compuestos antioxidantes Alimentos 153 184 Vitamina C acido ascorbico Frutas y vegetalesVitamina E tocoferoles tocotrienoles Aceites vegetalesAntioxidantes polifenolicos resveratrol flavonoides Te cafe soja fruta chocolate oregano y vino tinto Carotenoides licopeno carotenos Frutas y vegetalesAlgunos antioxidantes se producen en el cuerpo y no son absorbidos en el intestino Un ejemplo es el glutation que es producido a partir de aminoacidos Mientras que cualquier glutation en los intestinos es escindido para liberar cisteina glicina y acido glutamico antes de ser absorbido incluso las dosis orales grandes tienen poco efecto en la concentracion del glutation en el cuerpo 185 El ubiquinol coenzima Q tambien se absorbe mal en los intestinos y es producido en el ser humano por la ruta del mevalonato 36 Usos en tecnologia EditarAntioxidantes en alimentos Editar La oxidacion de los alimentos o enranciamiento es la segunda causa de deterioro despues de la alteracion por microorganismos Consecuentemente se utilizan antioxidantes para preservar los alimentos La exposicion al oxigeno y la luz del sol son dos de los factores principales que causan la oxidacion de alimentos asi que el alimento es protegido manteniendolo en la oscuridad y en envases impermeables al oxigeno En la conservacion de vegetales no procesados como el oxigeno es tambien importante para la respiracion de la planta almacenarlos en condiciones anaerobias produce sabores y colores desagradables 186 Por lo tanto el empaquetado de frutas frescas y vegetales contiene una atmosfera de oxigeno de 8 Tambien pueden intervenir en la oxidacion enzimas Su accion se previene mediante el escaldado La oxidacion afecta principalmente a los acidos grasos insaturados de modo que cuanto mas insaturadas son las grasas presentes en un alimento mas facil es que se oxiden La oxidacion se produce por una reaccion en cadena de radicales libres que se ve acelerada por la presencia de iones de metales con dos valencias estables especialmente hierro y cobre Esta reaccion se puede producir tambien en alimentos congelados Los antioxidantes presentes de forma natural o anadidos a los alimentos pueden actuar de cuatro formas 187 Eliminando el oxigeno al reaccionar con el como hacen el acido ascorbico y el eritorbico Cortando la reaccion de propagacion en cadena estabilizando los radicales libres De esta forma actuan los tocoferoles E306 el galato de propilo PG E310 la ter butilhidroquinona TBHQ el butil hidroxianisol BHA E320 y el butil hidroxitolueno BHT E321 188 189 asi como diversos antioxidantes presentes en especias como el acido carnosico del romero Secuestrando los metales que pueden actuar como catalizadores Este es el mecanismo por el que actuan el acido citrico y el EDTA Mediante quenching del oxigeno singlete mecanismo por el que actuan los carotenoides Uso industrial Editar Algunos antioxidantes se agregan a productos industriales Un uso comun es como estabilizador en combustibles y lubricantes para prevenir la oxidacion y en la gasolina para prevenir la polimerizacion que conduce a la formacion de residuos en los motores 190 Tambien se utilizan para prevenir la degradacion oxidativa del caucho los plasticos y los pegamentos que causa una perdida de la fuerza y flexibilidad de estos materiales 191 Los conservantes antioxidantes tambien se agregan a los cosmeticos a base de grasa tales como lapices labiales y cremas hidratantes para prevenir la rancidez Aditivo Componentes 192 Aplicaciones 192 AO 22 N N di 2 butil 1 4 fenilenediamina Aceites de turbinas y transformadores fluidos hidraulicos ceras y grasasAO 24 N N di 2 butil 1 4 fenilenediamina Aceite de baja temperaturaAO 29 2 6 di tert butil 4 metilfenol Aceites de turbinas y transformadores fluidos hidraulicos ceras grasas y gasolinaAO 30 2 4 dimetil 6 tert butilfenol Combustible de avionesAO 31 2 4 dimetil 6 tert butilfenol Combustible de avionesAO 32 2 4 dimetil 6 tert butilfenol y 2 6 di tert butil 4 metilfenol Combustible de avionesAO 37 2 6 di tert butilfenol Combustible de aviones ampliamente utilizadoReferencias Editar Zaro Maria Jose 27 de 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