Modificaciones típicas de proteínas y cadenas laterales mediadas por ROS/RNS. Esta figura representa algunas de las principales modificaciones proteicas reversibles e irreversibles causadas por las ROS/RNS. La parte superior muestra diferentes modificaciones que pueden sufrir algunas proteínas en las células expuestas al estrés oxidativo. Algunas de ellas son modificaciones oxidativas reversibles (recuadro verde), que pueden ser revertidas por la maquinaria enzimática celular (ver texto más abajo); otra vía reversible es la modificación por enzimas celulares, que se produce en respuesta al estrés oxidativo (recuadro amarillo). Estas modificaciones pueden ser inducidas por ROS/RNS directamente o por reacciones enzimáticas en respuesta a ROS/RNS o a un cambio en el estado redox de la célula; un ejemplo común es la llamada S-glutatiónilación, inducida principalmente por la oxidación de residuos de cisteína y revertida de forma enzimática. Otra categoría es la formación de modificaciones oxidativas irreversibles por ROS/RNS que no pueden ser revertidas por las enzimas celulares (naranja). Estas proteínas suelen ser reconocidas y degradadas por sistemas enzimáticos celulares especializados. La parte inferior de la figura enumera las modificaciones oxidativas de las proteínas, clasificadas por principios generales o por reacciones específicas de las cadenas laterales de aminoácidos. Las modificaciones reversibles se encuentran principalmente en los residuos de cisteína y metionina, los únicos dos aminoácidos que pueden ser reducidos/reparados por la maquinaria enzimática antioxidante celular. El sulfóxido de metionina (MetSO) puede ser reducido por las reductasas de sulfóxido de metionina Msr-A (específica para el estereoisómero S) y Msr-B (específica para el estereoisómero R de MetSO); ambas (Msr-A/B) utilizan la tiorredoxina (Th-(SH)2) como elementos reductores; después, la Th-(S-S) es reducida a Thr-(SH)2 de nuevo por la enzima tiorredoxina reductasa de forma que consume NADPH. El otro residuo de aminoácido muy susceptible a las ROS/RNS es la cisteína. Su oxidación provoca en las proteínas enlaces cruzados intra o intermoleculares (disulfuros). Al igual que la MetSO, la cisteína puede ser reducida por las tioltransferasas, que utilizan el glutatión (GSH) o la tiorredoxina reducida (Th-(SH)2) para reducir un disulfuro (-S-S-) en dos grupos -SH separados (sulfhidrilos). De las diferentes etapas de la oxidación de la cisteína, sólo la formación del radical cisteinilo (proteína-Cys-S-) y la oxidación a ácido sulfénico (proteína-Cys-SOH) es reversible, mientras que la oxidación a ácido sulfínico y sulfónico es irreversible, a pesar de una única excepción conocida y altamente especializada: la sulfiredoxina es capaz de reducir el ácido sulfínico (proteína-Cys-SO2H) en las peroxiredoxinas en una reacción que consume ATP. Una pérdida de grupos SH puede dar lugar a un mal plegado/desplegado de la proteína, a la inactivación (centro catalítico), a la disminución de la capacidad antioxidante, así como a la pérdida de funciones específicas. La variación de las modificaciones proteicas irreversibles supera con creces a las reversibles y tienen en común que no pueden ser reparadas/reducidas por la maquinaria antioxidante de la célula. Estas modificaciones generales (campo de descripción izquierdo de la parte inferior de esta figura) pueden ser inducidas por ataques de radicales altamente reactivos como el hidroxilo, que son capaces de inducir la fragmentación de la proteína, mientras que el ataque a la glicina parece desempeñar un papel importante, así como a la prolina, histidina y lisina; además, la histidina es importante en la formación de enlaces cruzados covalentes. Otros eventos son la de- y la transaminación (de los residuos de glutamina y asparagina) que incluso puede ocurrir de forma espontánea y no tiene que ser mediada/inducida por ROS/RNS . Además, se ha demostrado la formación de los llamados productos finales de glicación avanzada (AGE): Nε-carboximetilisina (CML) y Nε-carboxietilisina (CEL), así como diferentes dímeros de glioxal-lisina (GOLDs) y dímeros de metilglioxal-lisina (MOLDs) o pentosidina . Estos AGE son productos de azúcares y proteínas, formando proteínas glicadas que pueden producirse también a partir del metilglioxal, un potente agente glicante derivado de las triosas. Los lípidos de una célula son también muy propensos a las modificaciones oxidativas. Tras el daño mediado por las ROS/RNS, se forman, entre otros, aldehídos altamente reactivos que pueden reaccionar con las proteínas. Los principales aldehídos reactivos son el 4-hidroxi-2,3-nonenal (HNE, uno de los productos más abundantes de la peroxidación lipídica, un aldehído bifuncional, capaz de reticular covalentemente las proteínas por reacción con la cisteína, la lisina o la histidina, seguido de una reacción con un residuo de lisina de otra proteína) , el 4-hidroxihexenal (HHE), el malondialdehído (MDA, forma Nε-malondialdehído con residuos de lisina o el aducto fluorescente 1,4-dihidropiridina-3,5-dicarbaldehído) . Los aldehídos glioxal y acroleína reaccionan principalmente con lisina, arginina e histidina. Los productos finales correspondientes de las reacciones mencionadas se denominan en la literatura «productos finales de la peroxidación lipídica avanzada» (ALE). Un paso típico en la fragmentación de la columna vertebral de la proteína es la formación de un radical alcoxilo dentro de la proteína, que puede decaer a través de las denominadas vías de diamida o α-aminación. Las modificaciones oxidativas irreversibles de residuos específicos muestran una gran variedad, pero en los sistemas biológicos pueden encontrarse varias modificaciones predominantes, algunas de las cuales se enumeran en el campo de descripción derecho de la parte inferior de esta figura. En las células, la formación de 3-nitrotirosina es principalmente un indicio de la presencia de peroxinitrito (ONOO-), por lo que la detección inmunoquímica de la 3-nitrotirosina se convirtió en un marcador cuantitativo y cualitativo de la oxidación de proteínas mediada por ONOO. Las ditirosinas se forman principalmente a través de la reacción de dos radicales tirosilo . Pueden formarse por la reacción de las cadenas laterales de la tirosina con radicales hidroxilo, hipoclorito o peroxinitrito. Además, la hidroxilación de la fenilalanina, la tirosina y el triptófano mediada por los radicales hidroxilos desempeña un papel importante, así como las reacciones comparables de la histidina, que forman 2-oxohistidina . Los carbonilos proteicos son la modificación oxidativa más abundante de las proteínas: su tasa de formación es unas 10 veces mayor que la de cualquier otra modificación oxidativa de las proteínas. Los carbonilos proteicos se forman principalmente por la oxidación de las cadenas laterales de valina, leucina, isoleucina, lisina, glutamina, arginina y prolina. Debido a su elevada presencia y al establecimiento de métodos fáciles de manejar, los carbonilos proteicos son el marcador cuantitativo de la modificación oxidativa de las proteínas más utilizado. (Para la interpretación de las referencias al color en esta leyenda de la figura, se remite al lector a la versión web de este artículo.)