Bioelectrochemistry focused on oxidative stress: modification of proteins and development of electrochemical sensors and biosensors

• Autores: María Gómez Mingot
• Directores de la Tesis: Vicente Montiel Leguey (dir. tes.), Jesús Iniesta Valcárcel (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2013
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Manuela Rueda Rueda (presid.), José Solla Gullón (secret.), Frank Marken (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Química física
      • Electroquímica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RUA
• Resumen

  • Introducción o motivación de la tesis: El estrés oxidativo está implicado en la generación y desarrollo de numerosas enfermedades o procesos como el envejecimiento. De modo que el desarrollo de técnicas analíticas que permitan detectar el estrés oxidativo y así podamos entender los procesos que ocurren in vivo es de vital importancia. El reciente desarrollo de nuevas disciplinas como la metabolómica o el desarrollo de sensores y biosensores electroquímicos juega un papel clave en investigación en biomedicina, ya que estas herramientas pueden, selectiva y rápidamente, detectar biomoléculas o biomarcadores relacionadas con el estrés oxidativo. El estrés oxidativo es un concepto difícil de entender por la cantidad de términos que abarca y porque produce cambios a cualquier nivel de la vida. Se produce cuando hay un trastorno en los procesos de control y señalización celular debido a un desequilibrio de las especies que lo producen (especies oxidantes) y las especies que lo neutralizan (especies antioxidantes). Consecuentemente, estos cambios también alteran los ciclos metabólicos o el transporte en las membranas, por poner dos ejemplos. A su vez, la presencia de estas especies en condiciones fisiológicas normales es imprescindible para que se produzcan las señalizaciones celulares para una regulación normal (o homeostática). De la yuxtaposición de procesos deriva la dificultad del conocimiento.

    Esta tesis doctoral se centra en el aprovechamiento de varias metodologías basadas en técnicas electroquímicas y analíticas para la detección del estrés oxidativo en medios complejos biológicos, en particular, proteínas y medios biológicos. 1. Modificación covalente de aminoácidos en proteínas redox y no redox por métodos electroquímicos, químicos o mediante irradiación ultrasónica, y estudios de cinética de la transferencia electrónica sobre electrodos serigrafiados de carbón. 2. Estudios metabolómicos de medios de cultivo celular complejos y desarrollo de sensores y biosensores para la identificación, determinación y detección de biomarcadores relacionados con el metabolismo celular y el estrés oxidativo.

    Desarrollo teórico: Las especies causantes del estrés oxidativo son las especies oxidantes que hemos mencionado anteriormente. Reciben el nombre de especies reactivas oxigenadas y nitrogenadas cuyas siglas en inglés son ROS y RNS, respectivamente. Las ROS/RNS forman una gran familia ya que son todas aquellas moléculas que derivan de un átomo de oxígeno o nitrógeno, respectivamente. El carácter químico de estas especies puede ser neutro o cargado, o pueden ser radicales libres con uno o más electrones desapareados en el orbital del átomo central del oxígeno o nitrógeno. Una de las fuentes endógenas de generación de ROS/RNS in vivo es la mitocondria que es el orgánulo de la célula que produce energía y lo hace generando adenosina trifosfato (ATP) gracias a la fosforilación oxidativa. En algunos casos, se relaciona la mitocondria con la generación de ROS/RNS, mientras que en otros esa implicación no está tan clara. Las fuentes más comunes de generación de ROS/RNS exógenas son los rayos gamma, la luz ultravioleta, las toxinas en el medioambiente, el ozono, metales pesados y los medicamentos quimioterapéuticos. Desde un punto de vista bioquímico, las especies reactivas oxigenadas y nitrogenadas (ROS/RNS) más interesantes como señalizadores o biomarcadores de procesos relacionados con estrés oxidativo in vivo son: peróxido de hidrógeno (H2O2), radical óxido nítrico (*NO), radical anión superóxido (O2*-) y anión peroxinitrito (ONOO-). La investigación en biomedicina dedicada a esta temática ha crecido considerablemente en las últimas décadas; sin embargo, el corto tiempo de vida y la altísima reactividad de estas