Funcionalidad de membrana y estrés oxidativo

Abstract

Las membranas celulares, cuya integridad y funcionalidad son cruciales en los procesos de generación de energía y transducción de señales físicas y químicas entre el interior y el exterior celular, y en el normal funcionamiento de los procesos metabólicos que tienen lugar en los distintos compartimentos de la célula, son uno de los principales blancos de las reacciones oxidativas mediadas por Especies Reactivas del Oxígeno (EROs). Estas especies químicas interactúan con los ácidos grasos insaturados de los lípidos de membranas en una reacción en cadena que se autopropaga, conocida como Lipoperoxidación (LPO). La LPO es considerada el principal mecanismo molecular involucrado en el daño oxidativo de las membranas biológicas, capaz de inducir muerte celular a través de procesos altamente tóxicos que involucran la formación y propagación de radicales lipídicos, la adición de oxígeno, el rearreglo de los dobles enlaces de los lípidos insaturados y la eventual destrucción de las membranas por reacciones oxidativas con la consecuente formación de una variedad de productos de degradación, incluyendo alcoholes, cetonas, alcanos, aldehídos y éteres. Dado que el estrés oxidativo es un fenómeno común a todas las células y organismos bajo una gran variedad de condiciones, que afecta las actividades celulares en todo el espectro metabólico, y posee efectos directos sobre la estructura y la organización de las membranas celulares, la LPO merece especial consideración al momento de abordar el estudio de mecanismos y procesos biológicamente relevantes que involucran alteraciones de las propiedades físicas de las membranas, como ocurre durante el crecimiento y el desarrollo, la apoptosis y la senescencia. La complejidad del proceso de LPO radica no solo en la multiplicidad de factores que lo desencadenan, sino además en la naturaleza autocatalítica de las reacciones oxidativas que lo subyacen. En este contexto, resulta interesante resaltar ciertos aspectos en cuanto a las implicancias de la LPO como componente crítico de la señalización oxidativa, y en la actuación de las EROs como potenciales moduladores de las propiedades biofísicas de la membrana. A decir: 1) La LPO es un proceso dinámico, autocatalítico, que se autopropaga a partir de reacciones bioquímicas locales dando lugar al surgimiento de nuevas propiedades estructurales, organizacionales y eléctricas de las membranas que devienen en alteraciones de su permeabilidad. 2) La LPO involucra diversos procesos interactuantes que ocurren a diferentes escalas de espacio y de tiempo y exhiben dinámicas no lineales, características propias de fenómenos cooperativos que responden a umbrales de intensidad y concentración de los reactantes. 3) La LPO juega un rol clave en la amplificación de señales locales inducidas por diversidad de estímulos estresores, que involucran (a) mecanismos específicos de activación de canales iónicos proteicos EROs-dependiente; y (b) no específicos de permeabilidad iónica asociados a alteraciones oxidativas de la matriz lipídica, que codifican y responden a la dinámica estructural del fenómeno de LPO en íntima asociación con la variación de parámetros físicos relevantes (capacitancia, resistencia, conductancia iónica, estado de organización y comportamiento de fases, entre otros). Por consiguiente, conocer cómo los cambios biofísicos inducidos por LPO modulan la respuesta celular a señales fisicoquímicas de su entorno, o afectan la funcionalidad, integridad, y la dinámica de comportamiento de las membranas dependiendo de la severidad del daño oxidativo, representa un aspecto indispensable en el estudio de la fisiología del estrés.