Algunas respuestas a oxidantes puede involucrar sobreestimulación de vías de señalización reguladas por especies reactivas de oxígeno. Los cambios asociados con daño oxidativo y con reestablecimiento de la homeostasis celular frecuentemente llevan a la activación o inactivación de genes de factores de transcripción, enzimas de defensa antioxidativa y proteínas estructurales. Algunas familias de genes son activados por incremento del estrés oxidativo y responden aumentando las defensas antioxidativas (Halliwell y Gutteridge, 1998; Gamaley y Klyubin, 1999).
Las diferentes estrategias antioxidantes empleadas por las células, dentro de las membranas y en los fluidos extracelulares han originado la propuesta de que estas diferencias sean importantes para la señalización humoral (Gutteridge y Halliwell, 1999).
La especie señalada como la más importante en la señalización en mamíferos es el H2O2, que puede actuar como segundo mensajero. En concentraciones de 1-50 mM el H2O2 tiene una citotoxicidad limitada y puede ser utilizado como una molécula de señalización intra y extracelular. En zonas donde hay inflamación el H2O2 que generan los fagocitos modula el proceso inflamatorio regulando la expresión de moléculas de adhesión, controlando la proliferación celular y la apoptosis así como la agregación plaquetaria. (Halliwell, et al., 2000).
En las células eucariontes el H2O2 actúa como segundo mensajero en la activación de las vías de señalización de estrés y que producen una respuesta genética común. Varias condiciones que inducen estrés oxidativo resultan en la activación de los factores de transcripción NFkB, (grupo de genes que parecen interactúa como una red de defensa contra condiciones patológicas) y del AP1 (dímero producto de los genes jun y fos). Hay otras vías que son activadas como la proteina cinasa activada por mitógeno p389 (MAPK), el sistema de activación p53 y la respuesta al choque de calor. Estas vías participan en la regulación de respuestas celulares ante otros tipos de estrés, en el crecimiento normal y en el metabolismo (Gamaley y Kluybin, 1999; Finkel y Holbrook, 2000).
Algunas bacterias exhiben respuestas diferentes ante diversas especies reactivas. Esta capacidad sugiere la presencia de moléculas sensoriales que responden específicamente. En E. coli se han identificado algunas moléculas con estas características: OxyR es una proteína que se produce en células expuestas a H2O2 o nitrosotioles, además regula la transcripción de 9 diferentes enzimas, entre las que se encuentran la glutatión reductasa y la alquilhidroperoxido reductasa. La proteína soxRS se activa ante óxido nítrico y O2·- y la Frn sólo se expresa durante el crecimiento anaerobio.
Las especies reactivas también se han establecido como agentes mitogénicos, además de que regulan numerosos pasos en la señalización de factores de crecimiento. Se ha demostrado que pueden inducir señales iónicas similares a las mediadas por receptores como hiperpolarización de la membrana y cambios en el pH intracelular (Gamaley y Kluybin, 1999).
Las especies reactivas de oxígeno en la mitocondria y en el citosol determinan el estado redox de residuos de grupos sulfidrilos críticos para el establecimiento de interacciones proteína-proteína. Los factores de transcripción contienen residuos de cisteína, por lo que el estado redox de los tioles regula la unión al DNA de factores como Fos y Jun modulando la actividad de transcripción (Taylor et al., 1996; Dalton et al., 1999; González-Flecha y Dempley, 1999).