Estrés Oxidativo y Porfirias

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Para la mayoría de los organismos sobre la Tierra, la vida sin oxígeno sería imposible. Animales, plantas y una considerable parte de los microorganismos cuentan con el oxígeno para una eficiente producción de equivalentes de energía en forma de ATP. Sin embargo, el oxigeno es potencialmente tóxico...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Vanore, Gabriela
Otros Autores: Afonso, Susana G.
Formato: Tesis de grado publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 1998
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO000580_Vanore
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Aporte de:
Repositorio Digital de la Universidad de Buenos Aires (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description Para la mayoría de los organismos sobre la Tierra, la vida sin oxígeno sería imposible. Animales, plantas y una considerable parte de los microorganismos cuentan con el oxígeno para una eficiente producción de equivalentes de energía en forma de ATP. Sin embargo, el oxigeno es potencialmente tóxico para todos los organismos vivientes, y las células han desarrollado una serie de mecanismos de protección contra las especies reactivas de oxígeno. El término especies reactivas de oxígeno incluye radicales libres (como superóxido y oxhidrilos) y especies no radicales (como peróxido de hidrógeno, peróxidos orgánicos y oxígeno singulete) derivados del oxígeno. Los mecanismos de defensa de la célula incluyen enzimas (superóxido dismutasa, catalasa, glutation reductasa, enzimas reparadoras del ADN)y antioxidantes (a-tocoferol, ascorbato, B-caroteno, glutation). Cuando la formación de especies reactivas de oxígeno no está balanceada por su desaparición del medio celular vía los sistemas protectivos de la célula se produce el estrés oxidativo. A corto o largo plazo, el estrés oxidativo se refleja en la aparición de productos celulares nocivos para ADN, hidratos de carbono, lípidos y proteínas. Las porfirinas son una familiade enfermedades hereditarias asociadas cada una de ellas a un defecto parcial en una de las enzimas del camino biosintético del hemo. Como consecuencia de esto, cada porfirinopatía muestra anormalidades metabólicas específicas que se reflejan en sangre, orina y heces de los individuosafectados. En seis de las ocho porfirinas descriptas, la manifestación clínica primaria es la fotosensibilidad cutánea, desencadenada por acción de la luz sobre las porfirinas que se depositan en Ia epidermis. Las porfirinas absorben la energía radiante intensamente en Ia banda de Soret (400-410 nm) y, en menor grado, en la región visible (580-650 nm), resultando en transiciones a estados electrónicos excitados. Las lesiones dérmicas observadas en las porflriascutáneas se deben a estas propiedades de las porfirinas. Las porflrinas excitadas pueden reaccionar directamente con estructuras biológicas (Reacción Tipo l) o con oxígeno molecular generando oxígeno singulete (Reacción Tipo Il). El oxígeno singulete, a su vez, actúa sobre los tejidos a través de diversos mecanismos que incluyen oxidación de lípidos y aminoácidos, cross-linking de proteinas y daño oxidativo de ácidos nucleicos, con la consecuente alteración del funcionamiento normal de las células y sus organelas. Además de oxigeno singulete, se forman otras especies reactivas de oxígeno: radical superóxido, peróxido de hidrógeno y radicales oxhidrilos, que también están involucrados en la fotosensibilidad porfírica. En este trabajo se estudió el efecto de Ia administración de protoporfirina a ratones sobre Ia acumulación de porfirinas y la actividad de algunas enzimas del camino metabólico del hemo. La protoporfirina lX inyectada pasó rápidamente al hígado donde se observó un pico de acumulación a las 2 hs, luego disminuyó progresivamente debido a Ia excreción por vía biliar: La administración de repetidas dosis de protoporfirina lX produjo una acumulación sostenida de porflrinas, probablemente debido al depósito de protoporfirina IXen los canalículos biliares que retrasa su propia excreción. El a-aminolevúlico sintetasa respondió rápidamente al incremento de protoporfirina IX y a las necesidades de la célula para la síntesis de hemoproteínas, manteniendo un elevada actividad a partir de las 4 horas de tratamiento de los animales con protopon‘irina IX. La actividad de a-aminolevúlico dehidrasa y porfobilinógeno deaminasa, y probablemente la de otras enzimas del camino del hemo, fue suficiente para metabolizar los sustratos provenientes de la incrementada actividad de a-aminolevúlico sintetasa en las primeras horas de intoxicación de los ratones con protoporfirina IX, pero cuando el requerimiento de hemo se hizo más importante y la actividad de a-aminolevúlico sintetasa estuvo muy aumentada. la actividad de ambas enzimas aumentó notablemente Para determinar si Ia administración de protoporfirina lX induce un estado de estrés oxidativo en el hígado de los animales tratados se analizaron diversos parámetros. La administración de protoporfirina IX a ratones indujo la peroxidación lipídica, como se pudo comprobar a través del test del ácido tiobarbitúrico. El daño oxidativo inducido por la porfirina se mantuvo aún después que descendieron los niveles de porfirinas hepáticas. El contenido de glutation reducido hepático aumentó significativamente a las 2 horas para descender luego progresivamente hasta alcanzar niveles por debajo de los controles 24 hs después de la administración de protoporfirina lX a ratones. El descenso de glutation reducido fue acompañado por un aumento en el nivel de glutation unido a proteina. Los niveles de glutation reducido se mantuvieron disminuidos y los de glutation unido a proteína siguieron aumentados tras la inyección de repetidas dosis de porfirina. La actividad de glutation-S-transferasa aumentó un 50% por encima del nivel basal a las 4 horas de tratamiento de los ratones con protoporfirina IX;pero descendió rápidamente hasta alcanzar un valor 30% inferior el control a las 24 hs y retornó al nivel normal tras 5 dosis de porfirina. Se observó un rápido aumento en la actividad de glutation reductasa, con un pico de actividad a las 4 horas de intoxicación de los animales con protoporfirina IX. El nivel de actividad enzimática aumentó aún más tras Ia administración de repetidas dosis de porfirina. La glutation peroxidasa, en cambio, fue lentamente activada hasta alcanzar un valor 50% por encima de la actividad control a las 24 horas de tratamiento, para retornar a los niveles basales tras la administración de repetidas dosis de protoporflrina IX. La actividad de catalasa aumentó rápidamente después de la administración de protoporflrina IXy se mantuvo elevada durante las 24 horas, mientras que la actividad de superóxido dismutasa mostró un incremento sostenido durante este período. Ambas enzimas retomaron a los niveles basales luego de la administración de 5 dosis de porfirina. La peroxidiación Iipídica inducida por protoporfirina lX produjo un daño hepático evidenciado por las variaciones en la actividad de la glutation-S-transferasa, y causó alteraciones en los niveles de glutation reducido y aumento de actividad de las enzimas involucradas en los mecanismos de defensa antioxidantes del organismo, estableciéndose un estado de estrés oxidativo en el hígado de los animales tratados con la porfirina. Se estudió el efecto de distintos antioxidantes y cofactores de las enzimas del sistema antioxidante sobre el estrés oxidativo inducido por protoporfirina IX. Cuando se administraron protectores hidrosolubles no se observó acumulación de porflrinas en hígado, En cambio, en presencia de a-tocoferol o B-caroteno, la excreción de la protoporfirina lX administrada exógenamente se vio retrasada, probablemente porque estos compuestos interfieren con el pasaje de los lípidos a la bilis. Ei a-tocoferol fue efectivo en la protección de los lípidos contra la peroxidación inducida por administración de protoporfirina lX. Sin embargo, la acumulación de porfirina en hígado, mantuvo elevadas las actividades de la glutation reductasa, glutation peroxidasa, catalasa y superóxido dismutasa. Con el aumento de actividad de glutation reductasa, compensando el incremento de glutation peroxidasa, los niveles de glutation reducido estuvieron dentro de los valores normales. El B-caroteno también produjo un aumento en la acumulación de porfirinas hepáticas tras la administración de protoporfirina lX, pero no fue efectivo en la protección de los lípidos contra la peroxidación. Como consecuencia de esto aumentó el daño hepático evidenciado por el aumento de actividad de glutation-S-transferasa y glutation reductasa, glutation peroxidasa y superóxido dismutasa incrementaron su actividad para hacer frente al daño oxidativo. En presencia de ácido ascórbico no se observó acumulación de porfirinas hepáticas ni peroxidación lipidica y los niveles de glutation reducido y Ia actividad de glutation reductasa, glutation peroxidasa y catalasa estuvieron dentro de los valores normales a las 2 horas y a las 24 horas de tratamiento de los animales con protoporfirina IX. Sin embargo, el ácido ascórbico per se produjo un incremento en la actividad de superóxido dismutasa y en la formación de glutation unido a proteína que se mantuvieron elevados tras la administración de protoporfirina IX, mostrando la dualidad de sus efectos como antioxidante y pro-oxidante. La administración de Se junto con protoporfirina IX no protegió a los lípidos contra la peroxidación, aún cuando no se observó acumulación de porfirinas en hígado. Además, la actividad de glutation peroxidasa aumentó en presencia de Se solo y de Se+ protoporfirina IX. El aumento de actividad oxidativa en el hígado llevó a un mayor consumo de glutation reducido que, con actividad normal de glutation reductasa, mostró un nivel inferior al control. En presencia de Zn + protoporfirina IX no se observó acumulación de porfirina, pero la peroxidación lipídica alcanzó los mismos niveles inducidos por protoporfirina lX sola, mientras que las actividades de glutation-S-transferasa, glutation reductasa, glutation peroxidasa y superóxido dismutasa se mantuvieron dentro de los valores control. Se investigó el efecto del hierro sobre el estado de estrés oxidativo inducido por protoporfirina lX. El Fe per se indujo la peroxidación lipídica y este efecto se sumó al de la protoporfirina lXcuando ambos compuestos se inyectaron juntos. La actividad oxidativa produjo un gran aumento en la actividad de glutation reductasa, glutation peroxidasa, catalasa y superóxido dismutasa y una disminución del contenido hepático de glutation reducido. La protoporfirina lX acumulada produjo estrés oxidativo en el hígado. Este efecto debe ser tenido en cuenta no sólo en pacientes porfiricos, sino también en aquellos sometidos a terapia fotodinámica debido a la acumulación transitoria de protoporfirina IX generada a partir del ALAinyectada. Debido a la complejidad de la interelación de las enzimas antioxidantes y los antioxidantes no enzimáticos, es difícil la interpretación de los efectos compuestos estudiados. Sin embargo, se pudo comprobar que el a-tocoferol fue el antioxidante más efectivo en la prevención de la peroxidación lipídica inducida por protoporfirina lX. De los resultados expuestos surge que al investigar el efecto oxidativo de sustancias endógenas o exógenas, no se puede analizar su acción sobre unos pocos parámetros aislados. Del mismo modo. no se debe administrar un antioxidante sin tener en cuenta su efecto sobre diversos parámetros.
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spelling I28-R145-seminario_nBIO000580_Vanore_oai2023-08-29 Afonso, Susana G. Rodríguez, Enrique Vanore, Gabriela 1998 Para la mayoría de los organismos sobre la Tierra, la vida sin oxígeno sería imposible. Animales, plantas y una considerable parte de los microorganismos cuentan con el oxígeno para una eficiente producción de equivalentes de energía en forma de ATP. Sin embargo, el oxigeno es potencialmente tóxico para todos los organismos vivientes, y las células han desarrollado una serie de mecanismos de protección contra las especies reactivas de oxígeno. El término especies reactivas de oxígeno incluye radicales libres (como superóxido y oxhidrilos) y especies no radicales (como peróxido de hidrógeno, peróxidos orgánicos y oxígeno singulete) derivados del oxígeno. Los mecanismos de defensa de la célula incluyen enzimas (superóxido dismutasa, catalasa, glutation reductasa, enzimas reparadoras del ADN)y antioxidantes (a-tocoferol, ascorbato, B-caroteno, glutation). Cuando la formación de especies reactivas de oxígeno no está balanceada por su desaparición del medio celular vía los sistemas protectivos de la célula se produce el estrés oxidativo. A corto o largo plazo, el estrés oxidativo se refleja en la aparición de productos celulares nocivos para ADN, hidratos de carbono, lípidos y proteínas. Las porfirinas son una familiade enfermedades hereditarias asociadas cada una de ellas a un defecto parcial en una de las enzimas del camino biosintético del hemo. Como consecuencia de esto, cada porfirinopatía muestra anormalidades metabólicas específicas que se reflejan en sangre, orina y heces de los individuosafectados. En seis de las ocho porfirinas descriptas, la manifestación clínica primaria es la fotosensibilidad cutánea, desencadenada por acción de la luz sobre las porfirinas que se depositan en Ia epidermis. Las porfirinas absorben la energía radiante intensamente en Ia banda de Soret (400-410 nm) y, en menor grado, en la región visible (580-650 nm), resultando en transiciones a estados electrónicos excitados. Las lesiones dérmicas observadas en las porflriascutáneas se deben a estas propiedades de las porfirinas. Las porflrinas excitadas pueden reaccionar directamente con estructuras biológicas (Reacción Tipo l) o con oxígeno molecular generando oxígeno singulete (Reacción Tipo Il). El oxígeno singulete, a su vez, actúa sobre los tejidos a través de diversos mecanismos que incluyen oxidación de lípidos y aminoácidos, cross-linking de proteinas y daño oxidativo de ácidos nucleicos, con la consecuente alteración del funcionamiento normal de las células y sus organelas. Además de oxigeno singulete, se forman otras especies reactivas de oxígeno: radical superóxido, peróxido de hidrógeno y radicales oxhidrilos, que también están involucrados en la fotosensibilidad porfírica. En este trabajo se estudió el efecto de Ia administración de protoporfirina a ratones sobre Ia acumulación de porfirinas y la actividad de algunas enzimas del camino metabólico del hemo. La protoporfirina lX inyectada pasó rápidamente al hígado donde se observó un pico de acumulación a las 2 hs, luego disminuyó progresivamente debido a Ia excreción por vía biliar: La administración de repetidas dosis de protoporfirina lX produjo una acumulación sostenida de porflrinas, probablemente debido al depósito de protoporfirina IXen los canalículos biliares que retrasa su propia excreción. El a-aminolevúlico sintetasa respondió rápidamente al incremento de protoporfirina IX y a las necesidades de la célula para la síntesis de hemoproteínas, manteniendo un elevada actividad a partir de las 4 horas de tratamiento de los animales con protopon‘irina IX. La actividad de a-aminolevúlico dehidrasa y porfobilinógeno deaminasa, y probablemente la de otras enzimas del camino del hemo, fue suficiente para metabolizar los sustratos provenientes de la incrementada actividad de a-aminolevúlico sintetasa en las primeras horas de intoxicación de los ratones con protoporfirina IX, pero cuando el requerimiento de hemo se hizo más importante y la actividad de a-aminolevúlico sintetasa estuvo muy aumentada. la actividad de ambas enzimas aumentó notablemente Para determinar si Ia administración de protoporfirina lX induce un estado de estrés oxidativo en el hígado de los animales tratados se analizaron diversos parámetros. La administración de protoporfirina IX a ratones indujo la peroxidación lipídica, como se pudo comprobar a través del test del ácido tiobarbitúrico. El daño oxidativo inducido por la porfirina se mantuvo aún después que descendieron los niveles de porfirinas hepáticas. El contenido de glutation reducido hepático aumentó significativamente a las 2 horas para descender luego progresivamente hasta alcanzar niveles por debajo de los controles 24 hs después de la administración de protoporfirina lX a ratones. El descenso de glutation reducido fue acompañado por un aumento en el nivel de glutation unido a proteina. Los niveles de glutation reducido se mantuvieron disminuidos y los de glutation unido a proteína siguieron aumentados tras la inyección de repetidas dosis de porfirina. La actividad de glutation-S-transferasa aumentó un 50% por encima del nivel basal a las 4 horas de tratamiento de los ratones con protoporfirina IX;pero descendió rápidamente hasta alcanzar un valor 30% inferior el control a las 24 hs y retornó al nivel normal tras 5 dosis de porfirina. Se observó un rápido aumento en la actividad de glutation reductasa, con un pico de actividad a las 4 horas de intoxicación de los animales con protoporfirina IX. El nivel de actividad enzimática aumentó aún más tras Ia administración de repetidas dosis de porfirina. La glutation peroxidasa, en cambio, fue lentamente activada hasta alcanzar un valor 50% por encima de la actividad control a las 24 horas de tratamiento, para retornar a los niveles basales tras la administración de repetidas dosis de protoporflrina IX. La actividad de catalasa aumentó rápidamente después de la administración de protoporflrina IXy se mantuvo elevada durante las 24 horas, mientras que la actividad de superóxido dismutasa mostró un incremento sostenido durante este período. Ambas enzimas retomaron a los niveles basales luego de la administración de 5 dosis de porfirina. La peroxidiación Iipídica inducida por protoporfirina lX produjo un daño hepático evidenciado por las variaciones en la actividad de la glutation-S-transferasa, y causó alteraciones en los niveles de glutation reducido y aumento de actividad de las enzimas involucradas en los mecanismos de defensa antioxidantes del organismo, estableciéndose un estado de estrés oxidativo en el hígado de los animales tratados con la porfirina. Se estudió el efecto de distintos antioxidantes y cofactores de las enzimas del sistema antioxidante sobre el estrés oxidativo inducido por protoporfirina IX. Cuando se administraron protectores hidrosolubles no se observó acumulación de porflrinas en hígado, En cambio, en presencia de a-tocoferol o B-caroteno, la excreción de la protoporfirina lX administrada exógenamente se vio retrasada, probablemente porque estos compuestos interfieren con el pasaje de los lípidos a la bilis. Ei a-tocoferol fue efectivo en la protección de los lípidos contra la peroxidación inducida por administración de protoporfirina lX. Sin embargo, la acumulación de porfirina en hígado, mantuvo elevadas las actividades de la glutation reductasa, glutation peroxidasa, catalasa y superóxido dismutasa. Con el aumento de actividad de glutation reductasa, compensando el incremento de glutation peroxidasa, los niveles de glutation reducido estuvieron dentro de los valores normales. El B-caroteno también produjo un aumento en la acumulación de porfirinas hepáticas tras la administración de protoporfirina lX, pero no fue efectivo en la protección de los lípidos contra la peroxidación. Como consecuencia de esto aumentó el daño hepático evidenciado por el aumento de actividad de glutation-S-transferasa y glutation reductasa, glutation peroxidasa y superóxido dismutasa incrementaron su actividad para hacer frente al daño oxidativo. En presencia de ácido ascórbico no se observó acumulación de porfirinas hepáticas ni peroxidación lipidica y los niveles de glutation reducido y Ia actividad de glutation reductasa, glutation peroxidasa y catalasa estuvieron dentro de los valores normales a las 2 horas y a las 24 horas de tratamiento de los animales con protoporfirina IX. Sin embargo, el ácido ascórbico per se produjo un incremento en la actividad de superóxido dismutasa y en la formación de glutation unido a proteína que se mantuvieron elevados tras la administración de protoporfirina IX, mostrando la dualidad de sus efectos como antioxidante y pro-oxidante. La administración de Se junto con protoporfirina IX no protegió a los lípidos contra la peroxidación, aún cuando no se observó acumulación de porfirinas en hígado. Además, la actividad de glutation peroxidasa aumentó en presencia de Se solo y de Se+ protoporfirina IX. El aumento de actividad oxidativa en el hígado llevó a un mayor consumo de glutation reducido que, con actividad normal de glutation reductasa, mostró un nivel inferior al control. En presencia de Zn + protoporfirina IX no se observó acumulación de porfirina, pero la peroxidación lipídica alcanzó los mismos niveles inducidos por protoporfirina lX sola, mientras que las actividades de glutation-S-transferasa, glutation reductasa, glutation peroxidasa y superóxido dismutasa se mantuvieron dentro de los valores control. Se investigó el efecto del hierro sobre el estado de estrés oxidativo inducido por protoporfirina lX. El Fe per se indujo la peroxidación lipídica y este efecto se sumó al de la protoporfirina lXcuando ambos compuestos se inyectaron juntos. La actividad oxidativa produjo un gran aumento en la actividad de glutation reductasa, glutation peroxidasa, catalasa y superóxido dismutasa y una disminución del contenido hepático de glutation reducido. La protoporfirina lX acumulada produjo estrés oxidativo en el hígado. Este efecto debe ser tenido en cuenta no sólo en pacientes porfiricos, sino también en aquellos sometidos a terapia fotodinámica debido a la acumulación transitoria de protoporfirina IX generada a partir del ALAinyectada. Debido a la complejidad de la interelación de las enzimas antioxidantes y los antioxidantes no enzimáticos, es difícil la interpretación de los efectos compuestos estudiados. Sin embargo, se pudo comprobar que el a-tocoferol fue el antioxidante más efectivo en la prevención de la peroxidación lipídica inducida por protoporfirina lX. De los resultados expuestos surge que al investigar el efecto oxidativo de sustancias endógenas o exógenas, no se puede analizar su acción sobre unos pocos parámetros aislados. Del mismo modo. no se debe administrar un antioxidante sin tener en cuenta su efecto sobre diversos parámetros. Fil: Vanore, Gabriela. Universidad de Buenos Aires. 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