Radicales libres y lesiones celulares

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

Los radicales libres son moléculas con un solo electrón, o un electrón no apareado, en su orbital exterior.

Los radicales libres roban electrones de cualquier molécula cercana para hacerse estables, y esta es la posible causa de las lesiones celulares.

Un radical libre se forma cuando cualquier molécula gana o pierde un electrón.

En el organismo, los radicales libres pueden generarse de forma fisiológica, es decir, como parte de los procesos metabólicos normales; o de forma patológica, que se debe a alguna enfermedad.  Una de las principales fuentes fisiológicas de radicales libres es la respiración celular, también llamada fosforilación oxidativa.

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

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

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

Normalmente, cuando el oxígeno recibe cuatro electrones, se convierte en agua.

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

Como se forman a partir del oxígeno, se denominan en conjunto especies reactivas del oxígeno, o ERO.

Si el oxígeno recibe un electrón, se convierte en superóxido (O2-).

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

También hay trastornos en los que se pueden generar radicales libres.

En primer lugar, pueden ser producidos durante la inflamación por fagocitos como los macrófagos y los neutrófilos.

Cuando un patógeno invade el cuerpo, el fagocito lo absorbe y forma un fagolisosoma.

Estos fagocitos también tienen una enzima llamada NADPH oxidasa, que es activada por las enzimas lisosómicas, que hacen que el NADPH se oxide y pierda dos de sus electrones.

Las moléculas de oxígeno cercanas pueden tomar estos electrones para formar iones superóxido.

Otra enzima, la superóxido dismutasa, puede tomar estos iones y combinarlos con iones de hidrógeno para formar peróxido de hidrógeno.

Este proceso de producción de iones superóxido y peróxido de hidrógeno se denomina explosión respiratoria.

Los fagocitos también tienen un tipo de óxido nítrico sintasa, que es una enzima que produce óxido nítrico, que ayuda a eliminar los patógenos.

Pero el óxido nítrico también reacciona con los iones superóxido para formar el radical libre peroxinitrito (ONOO-).

Estos iones y moléculas destruyen a los patógenos rompiendo sus membranas celulares y dañando sus proteínas. Otra forma de generar radicales libres es la exposición a radiaciones ionizantes como la luz ultravioleta o los rayos X.

Cuando la radiación incide en el agua de los tejidos, extrae un electrón del agua, convirtiéndola en un radical hidroxilo.

Los radicales libres también pueden generarse cuando hay una acumulación de metales como el cobre o el hierro en el cuerpo.

Por ejemplo, la hemocromatosis es una afección en la que se absorben cantidades inusualmente altas de hierro.

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

Con el tiempo, los radicales libres formados como resultado de la reacción de Fenton dañan lentamente las células de varios órganos, y eso puede causar la muerte de las células y luego conducir a la fibrosis del tejido. También se producen radicales libres después de una isquemia, o disminución del flujo sanguíneo a un órgano o tejido.

A nivel celular, la lesión isquémica puede conducir a la producción de especies reactivas del oxígeno por parte de las mitocondrias.