Los ROS pueden atacar moléculas celulares como proteínas, lípidos, ácidos nucleicos e hidratos de carbono (Sanz y col., 2006). Los daños a los lípidos de membrana también son muy relevantes para la determinación del máximo de vida. La susceptibilidad de la membrana lipídica al daño oxidativo está relacionada con dos propiedades.
La primera, es que el oxígeno y muchas especies de radicales son varias veces más solubles en la bicapa lipídica que en el medio acuoso (Moreau y col., 2005). La segunda propiedad está relacionada con el hecho de que no todas las cadenas de ácidos grasos son
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igualmente sensibles al ataque de los ROS. Es esta segunda propiedad la clave para el vínculo entre la composición de la membrana y el daño oxidativo. Los átomos de carbono que son más susceptibles a ataque radical son los carbonos de enlace simple ubicados entre los carbonos de doble enlace de las cadenas acilo (Halliwell y Gutteridge, 1999). Los átomos de hidrógeno adyacentes a estos átomos de carbono se denominan bis-alilicos. El proceso de ataque y daño oxidativo que sufren los lípidos no saturados se debe a reacciones en cadena mediadas por radicales libres, iniciadas por la abstracción de un átomo de hidrógeno del metileno bis-alílico del lípido no saturado por un radical libre reactivo y seguido por una secuencia de reacciones propagadoras. Esto significa que las cadenas saturadas y de ácidos grasos monoinsaturados (SFA y MUFA, respectivamente) son esencialmente resistentes a la peroxidación y los acidos grasos poliinsaturados (PUFA) son los más sensibles. Además, los PUFA con mayor grado de polinosaturación, son los más propensos al daño peroxidativo. Holman (1954) empíricamente determinó (por medio del consumo de oxígeno) las susceptibilidades relativas de las diferentes cadenas acilo (Fig.I.1.5.). El C22:6n3, es altamente polinosaturado, posee seis dobles ligaduras, es muy susceptible a ataque peroxidativo y es ocho veces más propenso a la peroxidación que el C18:2n6, que tiene sólo dos dobles enlaces. El C22:6n3, es 320 veces más susceptible a la peroxidación que el ácido oleico (Holman, 1954). El índice de peroxidación (PI) de una membrana no es igual que el índice de no saturación (UI) a veces también llamado índice de dobles ligaduras, que es una medida de la cantidad de dobles ligaduras en la membrana. (Ver Material y Métodos). Por ejemplo, una membrana constituída únicamente por ácidos grasos monoinsaturados tendrá un índice de no saturación de 100 y un índice de peroxidación de 2.5 mientras que una membrana constituída por un 95 % de ácidos grasos saturados y 5 % de C22:6n3, tendrá un índice de no saturación de 30 y un índice de peroxidación de 40. Esto quiere decir, que, aunque el 5 % de la membrana que contiene C22:6n3 tiene sólo un 30 % de dobles ligaduras y es 16 veces más susceptible a la peroxidación que aquella que contiene ácidos grasos monoinsaturados.
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Figura I.1.5. Susceptibilidad relativa de determinados ácidos grasos a la peroxidación. Los valores fueron determinados empíricamente por consumo de oxígeno y expresados en relación con la tasa del ácido linoleico 18:2 n6, que se le da un valor de 1 (Holman, 1954).
Los radicales libres reactivos remueven los átomos de hidrógeno bis alílicos de las cadenas de los ácidos grasos poliinsaturados y el carbono de donde el hidrógeno es extraído ahora tiene un electrón desapareado (es decir, es también un radical libre). Cuando tales radicales C • son generados en el interior hidrofóbico de membranas, este es un destino probable de combinación con el oxígeno disuelto en la misma. El radical peroxilo resultante es altamente reactivo: puede atacar proteínas de la membrana y también puede oxidar cadenas de ácidos grasos poliinsaturados adyacentes. Así, la reacción inicial, es una reacción en cadena que se propaga. A menos que sea neutralizada por antioxidantes, la peroxidación lipídica es una autopropagación autocatalítica que produce varios potentes ROS. Puede también generar hidroperóxidos de lípidos (Halliwell y Gutteridge, 1999), que son más hidrofílicos que las cadenas de ácidos grasos no peroxidables y estos así pueden alterar la estructura de la membrana, modificando la fluidez y otras propiedades funcionales de las membranas.
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Los hidroperóxidos y endoperóxidos generados por la peroxidación de los lípidos, pueden fragmentarse para producir una amplia gama de moléculas, tales como alcanos, alquenos, hidroxialquenos, glioxal y malonaldehido (Catalá, 2009, 2010, 2011) Estos compuestos carbonilos (colectivamente descritos como “propagadores”) tienen propiedades únicas contrastadas con los radicales libres. Por ejemplo, en comparación con ROS o RNS, los aldehídos reactivos tienen un período de semi desintegración más largo (minutos en lugar de microsegundos y nanosegundos característicos de la mayoría de los radicales libres).
Los ácidos grasos no saturados son también responsables de la naturaleza "fluída" de las membranas biológicas. Se ha demostrado que la introducción del primer doble enlace a una cadena acilo, es responsable de su fluidez a temperaturas fisiológicas normales. La introducción de más dobles enlaces a la cadena de acilo tiene poco efecto adicional en la fluidez de membrana (Brenner, 1984). Así, la sustitución de los ácidos grasos con cuatro o seis dobles enlaces por aquellos que poseen sólo dos (o a veces tres) dobles enlaces disminuirá fuertemente la susceptibilidad a la peroxidación lipídica manteniendo la fluidez de membrana. Este hecho podría explicar la longevidad (Pamplona y Barja, 2003).
Se destaca que la composición de ácidos grasos de membrana influye: 1) en la tasa metabólica (a través de los efectos sobre las propiedades físicas de las bicapas de las membranas y 2) en el grado de estrés oxidativo y daño a moléculas celulares (a través de la peroxidación de las cadenas de ácidos grasos).