Efecto de los xenobióticos sobre proteínas y ADN

TEMA 18. EFECTO DE LOS XENOBIÓTICOS SOBRE PROTEÍNAS Y ADN

Una extensa variedad de xenobióticos (Xbs) pueden ejercer efectos primarios o secundarios sobre los ácidos nucleicos. Es interesante identificar los efectos directos ó indirectos y los procesos bioquímicos implicados. En este tema veremos los aspectos básicos, algunos ejemplos de tóxicos específicos, fundamentalmente del ADN y algún método de estudio.

Como ya se ha comentado en otros temas, muchos Xbs (en su mayoría carcinógenos) actúan en el organismo mediante la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) o a través de la formación de aductos con las proteínas y con el ADN (ver el tema 16). La formación de aductos requiere la existencia de grupos electrofílicos (deficientes en electrones) en el Xb (ó carcinógeno) y de centros nucleofílicos (ricos en electrones) tales como grupos amino, sulfhidrilo, hidroxilo, presentes en otras moléculas (proteínas, ARN y ADN). Estos aductos distorsionan la estructura de Las proteínas y/o ácidos nucleicos y, por tanto, su función o replicación en su caso. En el caso del ADN, normalmente el daño producido puede ser reparado, pero si no lo es, se introduce una base inapropiada en la nueva cadena de ADN, lo que originaría una mutación.

UNION COVALENTE DE INTERMEDIARIOS REACTIVOS A BIOMOLECULAS

La principal fuente de intermediarios reactivos derivados de los Xb es el hígado, ya que es el lugar principal de su metabolismo. La unión covalente a proteínas celulares (del citoplasma, retículo endoplásmico o núcleo), así como a ácidos nucleicos u otras macromoléculas, causa un daño que dependerá, fundamentalmente, de:

- La reactividad del compuesto y su vida media

- La extensión de la unión

- La molécula a la que se une.

- Límite de tolerancia.

En el tema 16 veremos con más detalle la formación de aductos con proteínas y ác. Nucleicos. A continuación se muestran, únicamente, algunos ejemplos.

EJEMPLO de compuestos que inducen toxicidad mediante su unión covalente a moléculas biológicas.

Xenobiótico Metabolito reactivo propuesto Órgano blanco y sitio de unión

Bromobenceno 3,4-epóxido y/o orto-quinona Hígado

Acetaminofen N-acetil-p-benzo quinonimina Hígado

Cl4C radical triclorometil y/o fosgeno Hígado

p-aminofenol quinonimina Riñón

Ipomeanol epóxido Pulmón

PROTEINAS

La modificación covalente de proteínas puede tener profundos efectos sobre su estructura y actividad biológica. Algunos efectos bien conocidos incluyen la fosforilación, carboxilación, metilación, glicosilación y unión a ácidos grasos. Todo ello puede afectar a la estructura de membranas, metabolismo energético, transporte de metabolitos e iones, etc.

La disminución de la incorporación de aminoácidos radiactivos en proteínas es con frecuencia secundario a los efectos de los tóxicos sobre la producción de energía o sobre la síntesis de mARN. Muy pocos tóxicos inhiben la síntesis de proteínas por inhibición de etapas implicadas en su síntesis. Entre ellos están la cicloheximida, que bloquea la peptidil transferasa, la puromicina, que produce la terminación prematura de la cadena y liberación de la recien sintetizada. Otros inhibidores (CCl4 y tolueno) producen la disgregación de poliribosomas en monoribosomas y a veces en subunidades ribosómicas.

Algunos tóxicos pueden inducir la síntesis específica de proteínas. La metalotioneína, por ejemplo, es una proteína que une metales (Zn2+, Cd2+, Hg2+, Me-Hg1+ y otros metales pesados catiónicos). Esta capacidad se debe al alto contenido en cisteinas (33%) y grupos SH. La administración de éstos metales hace que aumente la síntesis de metalotioneína al aumentar, previamente, la síntesis del mARN correspondiente. Así, la metalotioneína del tejido renal aumenta por exposición repetida al mercurio. Otros agentes que inducen la síntesis de metalotioneina son los corticosteroides y el CCl4.

REACCIONES CON PROTEÍNAS. Entre los intermediarios reactivos que pueden unirse de forma covalente a las proteínas se encuentran los siguientes:

: ALDEHIDOS CARBONILOS  Y :

HALUROSDE ALQUILO

EPÓXIDOS

ACIL GLUCURÓNIDOS

FORMACION DE ADUCTOS DE ADN

Un gran número de Xbs pueden dañar el ADN. En el siguiente esquema se observa la conversión de un carcinógeno en un aducto de ADN y las posibles consecuencias.

Existen 4 grandes clases de compuestos que ejercen sus efectos mediante la formación de aductos covalentes con bases del ADN (carcinógenos genotóxicos, sus efectos se estudian en el tema 19):

a) hidrocarcuros aromáticos policíclicos (PAH),

b) aminas aromáticas,

c) nitrosaminas

d) otros agentes alquilantes.

Todos ellos tienen grupos electrofílicos o grupos que se pueden convertir en electrofílicos metabólicamente (epóxidos, hidroxilaciones). Estos grupos forman enlaces covalentes con nucleófilos presentes en el ADN, lo que origina la acción cancerígena.

a) HIDROCARBUROS AROMATICOS POLICICLICOS

Se forman como productos de la combustión de petróleo y material biológico, también se generan en el tabaco, whisky, carnes a la brasa y por combustión incompleta de combustibles fósiles (carbón y gasolina). Forman aductos con bases púricas, especialmente guanina, pero solamente tras la activación enzimática a carcinógeno próximo o último.

b) AMINAS AROMATICAS

Se usan en la industria del tinte ó del caucho (goma). Un ejemplo es el 2-acetilaminofluoreno (AAF) que causa en animales múltiples cánceres (vejiga, hígado, intestino, oído, tiroides y pecho) (en ratas necesita del orden de g). Se ha usado como insecticida y algunos compuestos relacionados se encuentran en las carnes cocinadas (millonésima de g).

c) NITROSAMINAS

Se forman en las carnes y pescados ahumados por interacción entre aminas naturales y nitritos añadidos como conservantes, pero su presencia mayoritaria está en el tabaco y sus productos. Actualmente se sabe que los efectos carcinógenos

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