7- Estresse oxidativo

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CAMILA MATARAZZO
LAB. 3 – UC 17 – ESTRESSE OXIDATIVO E ENVELHECIMENTO
ANTIOXIDANTE E ENVELHECIMENTO
O envelhecimento é parte do processo de desenvolvimento dos organismos vivos. Ele se caracteriza por perda progressiva da capacidade de adaptação fisiológica do indivíduo ao seu meio ambiente em que vive e também por reduzida capacidade endógena de defesa antioxidante, o que causa o estresse oxidativo.
Estudos confirmam que existe uma relação entre o envelhecimento e ↑ do dano oxidativo, ou seja, danos aos tecidos provocados por radicais livres e perda das funções mitocondriais. 
Ocorre um elevado dano oxidativo em doenças associadas à idade devido à produção contínua de espécies reativas de oxigênio ao longo da vida.
Os tratamentos que aumentam a longevidade visam a uma redução do estresse oxidativo. 
Atividade física e dieta antioxidante são estratégias para aumentar defesa antioxidante. 
Uma estratégia utilizada para reduzir o dano oxidativo e, consequentemente, aumentar a longevidade é uma intervenção a partir da restrição calórica. Por meio do gráfico, pode-se observar que quando o indivíduo faz o consumo de dieta com menor quantidade de calorias, ele ganha tempo de vida
ESTRESSE OXIDATIVO
· Definição clássica de estresse oxidativo é o desequilíbrio bioquímico ocasionado pela produção excessiva de espécies reativas (ERs) acompanhado por uma insuficiente defesa antioxidante.
· Definição adequada de estresse oxidativo é o desequilíbrio entre oxidantes e antioxidantes, em favor dos oxidantes, levando a um desarranjo da sinalização e do controle redox e/ou a um dano molecular.
Altas concentrações de espécies reativas causam danos em DNA, lipídios e proteínas; além de desestruturar toda a base molecular dos processos degenerativos funcionais de células, tecidos e órgãos associados ao envelhecimento, o que abre possibilidades para doenças crônicas e degenerativas.
 Danos em biomoléculas DNA, lipídios e proteínas
ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO (EROs)
· Radicais Livres (RLs): átomos ou moléculas que possuem um ou mais elétrons desemparelhados na camada de valência, e portanto, são agentes reativos.
Espécies químicas que não são radicais livres são átomos e moléculas que geram alta radioatividade sem apresentarem o desemparelhamento de elétrons.
Se as espécies reativas forem inicialmente produzidas pelo metabolismo oxidativo são chamados de espécies reativas de oxigênio (EROs). Se as substâncias químicas partiram da produção do metabolismo do nitrogênio serão chamadas de espécies reativas de nitrogênio (ERNs).
A produção fisiológica de EROs se dá por meio da proliferação e diferenciação celular, sinalização intracelular, síntese de substâncias biológicas, adaptação metabólica e regulação da longevidade.
A formação exógena das EROs ocorre devidos as variáveis: tabaco, álcool, dieta desequilibrada, radiação gama, estresse, poluição, medicamentos, estilo de vida não saudável.
A formação endógena das EROs ocorre em várias estruturas, como mitocôndria, citocromo P450 oxidase, xantina oxidase (XAO), NADPH oxidase (Nox), sendo a mitocôndria o principal local de produção endógena de EROs.
Durante a respiração celular, a cadeia respiratória recebe o oxigênio, em especial o complexo IV. A energia que será disponibilizada por essa cadeia é entregue aos poucos à medida que os complexos têm afinidade pelos elétrons que estão sendo carreados pelo NADH e pelo FADH2. Quando o oxigênio faz esse percurso até o complexo IV, existe um desvio do metabolismo normal do oxigênio, ou seja, o oxigênio não será utilizado no metabolismo aeróbio para produzir no complexo V ATP por meio da ATPase, mas será utilizado para receber elétrons. 
Nesse momento, o oxigênio se transforma na primeira espécie reativa de oxigênio, o ânion superóxido. 
OBS: desvio o oxigênio (1-5%) do processo de fosforilação oxidativa produção de ânion superóxido.
Fisiológico: equilíbrio de formação de EROs Estresse oxidativo: excesso de formação de EROs
 
· Ânion superóxido é produzido no complexo I e III da cadeia respiratória (O2 + e- O2e-) e também em reações catalisadas pela NADPH oxidase e xantina oxidase. 
Causa efeitos locais devido à baixa permeabilidade na membrana plasmática e tem meia-vida curta (rapidamente convertido em H2O2).
· Peróxido de hidrogênio (H2O2): o superóxido (O2e-) sofre dismutação espontânea ou catalisada pela superóxido desmutase (SOD), se transformando em peróxido de hidrogênio. 
É um fraco oxidante, mas possui um elevado potencial lesivo, pois atravessa membrana e causa efeitos distantes. 
Não apresenta e- desemparelhado na órbita externa. Participação da formação do HO..
Além da reação de dismutação, também é produzido em reações catalisadas pela xantina oxidase, peroxidases e na reação de Fenton.
· Radical hidroxila (OH-) é o mais lesivo dos intermediários, pois altera qualquer estrutura que esteja próxima a sua formação. 
Possui meia-vida muito curta, o que dificulta o seqüestro por antioxidantes. 
É produzido na reação de Fenton e reação de Haber-Weiss
ESPÉCIES REATIVAS DE NITROGÊNIO (ERNs) E ÓXIDO NÍTRICO
A síntese de óxido nítrico a partir do aminoácido L-arginina é uma reação catalisada pela enzima óxido nítrico sintase (NOS), que faz uma catálise e favorece a oxidação do nitrogênio presente nesse aminoácido. Por meio dessa oxidação, há produção de óxido nítrico e citulina. Para que essa reação ocorra é necessária a presença de dois cofatores (NADPH e O2).
· Isoformas constitutivas: produzem NO em concentrações baixas e promovem sinalização celular de respostas fisiológicas.
· Isoforma induzível: ação citotóxica e citostática, inflamatório, produção de NO em grandes concentrações e por tempo prolongado.
Assim como as EROs, em concentrações fisiológicas, as ERNs promovem homeostase e também são um fator de relaxamento do endotélio, neuromodulador do SNC, mediador citotóxico contra agentes agressores de diferentes tipos celulares (macrófagos, células musculares lisas, miócitos cardíacos, hepatócitos, entre outros).
Em concentrações altas, o NO forma espécies tóxicas por meio da combinação de O2 e O2. 
Quando existe um aumento da produção de ânion superóxido, produzido na cadeia respiratória, acontece uma importante reação que leva a produção da espécie reativa de nitrogênio. 
O excesso de ânion superóxido se une ao nitrogênio e leva a produção da primeira espécie reativa de nitrogênio, o peróxido nitrito.
Formação de peróxido nitrito (ONOO-): O2e- + NO ONOO- [NO: radical livre pouco reativo]
- o ONOO- é um intermediário altamente reativo. Atravessa a membrana plasmática e é altamente prejudicial às biomoléculas. A concentração é regulada pela concentração de O2, pois o peróxido nitrito pode conduzir a formação de radical hidroxila (HO●), que é um potente iniciador da peroxidação lipídica 
- Formação de HO via NO: ONOO- + H+ HO● + NO2
Formação de dióxido de nitrogênio (NO2): formação via exposição de NO● ao O2 e via protonação de peróxido nitrito 
(ONOO- + H+ HO● + NO2). O NO2 é um potente iniciador da peroxidação lipídica (PL).
PEROXIDAÇÃO LIPÍDICA (PL)
É um processo iniciado especialmente pela reatividade do ânion superóxido e dióxido de nitrogênio. Há um desarranjo das estruturas das membranas (fosfolipídios, glicolipídios, ac. graxos polissaturados e colesterol). 
Todos os componentes celulares são suscetíveis à ação dos EROs e ERNs, mas a estrutura mais atingida é a membrana celular. 
A PL ocorre por via enzimática (ciclooxigenases e peroxidases) e por via não enzimática (auto-oxidação). 
Ocorre uma perda da seletividade na troca iônica devido a um desequilíbrio hidroeletrolítico. Posteriormente, há liberação do conteúdo de diferentes organelas, resultando em complicações funcionais e formação de produtos citotóxicos (malonaldeído) e morte celular.
SISTEMAS DE DEFESA ANTIOXIDANTE 
Antioxidantes são substâncias de baixa concentração, quandocomparados aos substratos oxidáveis, e possuem ação de redução/supressão da geração de ERs e do dano molecular.
O sistema de defesa antioxidante promove atenuação das ações desencadeadas pela síntese de EROs e ERNs.
· Sistema de defesa enzimático tem a participação de 3 importantes enzimas: o superóxido dismutase (SOD), glutationa peroxidase (GPx) e a catalase (CAT).
- Antioxidantes enzimático mantêm baixas as quantidade de O2e- e de H2O2 , evitando assim a formação do radical HO
· Superóxido dismutase (SOD): protege contra os defeitos deletérios.
- Catalisa a dismutação do radical superóxido em H2O2 e O2
- SOD é um grupo de metaloenzimas e é dividido em:
· SOD1 (Cu-Zn-SOD): presente no citoplasma e no espaço intermembrana da mitocôndria
· SOD2 (Mn-SOD): presente na matriz mitocondrial
· SOD3 (Cu-Zn-SOD):presente no espaço extracelular
· Glutationa peroxidase (GPx): tem a função de reduzir o H2O2 e outros peróxidos orgânicos, como os lipoperóxidos, à H2O, evitando a propagação deste processo.
- É o maior antioxidante endógeno
- Família de enzimas antioxidantes dependentes de selênio
- Possui formas citoplasmática, mitocondrial e extracelular
-Apresenta alta atividade na mitocôndria de fígado, rins e coração; mas baixa atividade na mitocôndria de cérebro e músculo esquelético
· Catalase (CAT): decompõe H2O2 em H2O e O2
- É uma metaloproteína do grupo das hemeproteínas
- Possui atividade elevada no fígado, rim e eritrócitos
- Neutraliza a ação deletéria do H2O2
OBS: A CAT e GPx realizam a eliminação do H2O2 para evitar formação de HO (não tem sistema de defesa enzimático).
· Sistema de defesa não enzimático é constituído de substâncias de baixo peso molecular, como vitaminas lipossulúveis (vit.A - beta-caroteno; vit.E – alfa-tocoferol), vitaminas hidrosolúveis (C, B), oligoelementos (zinco, cobre, selênio, magnésio), bioflavonóides (derivados de vinho, chá, café, frutas, cacau, cereais, soja, etc.) e carotenoides (ataxantina, açafrão, mel, etc).
- Antioxidantes não enzimático são obtidos, em geral, por dietas com substâncias antioxidantes e exercícios.
Quando o indivíduo tem uma dieta equilibrada, há uma situação em que o sistema de defesa oxidante tem maior peso do que produção de ROS. 
No envelhecimento, há reduzida capacidade endógena de defesa antioxidante (estresse oxidativo), com muita produção de ROS e pouca capacidade antioxidante. 
A ineficiência do sistema antioxidante também leva a doenças crônicas. Dessa forma, é importante o exercício físico e a complementação nutricional com dieta antioxidante para manter o equilíbrio entre produção de ROS e sistema de defesa oxidante, promovendo um envelhecimento com qualidade funcional e redução de doenças crônicas. 
OBS: uma baixa quantidade de antioxidante já é capaz de suprimir as espécies reativas, pois leva a redução de radical hidroxila, levando a um equilíbrio entre produção de EROs e defesa antioxidante.
CASOS CLÍNICOS
1- G.A e G.B, gêmeas, 70 anos, partilham a mesma herança genética, mas apresentam comportamentos bem distintos. Dentre outras diferenças comportamentais, o nível de exercício físico, praticado pelas gêmeas, é o principal ponto que auxilia no entendimento do processo individual de envelhecimento. Enquanto G.A. é ativa (praticante de exercício físico aeróbio moderado) e apresenta ter idade cronológica inferior a real; G.B. é sedentária e parece muito mais “velha” do que realmente é. Frente a isso, responda a questão abaixo:
a) O exercício físico, de intensidade moderada, desencadeia estresse oxidativo ao organismo. Contudo, após um período de adaptação, há redução da geração de espécies reativas de oxigênio. Justifique essas afirmativas
Inicialmente, o exercício físico é um estressor, pois a medida que o indivíduo está se exercitando consome mais oxigênio do que o normal, ou seja, a cadeia respiratória do processo de fosforilação oxidativa está consumindo mais oxigênio e mais oxigênio está sendo desviado. Nesse sentido, existe uma maior entrega de elétrons para o oxigênio, formando ânion superóxido. 
A medida que o indivíduo passa por um processo de condicionamento, começa a produzir mais mitocôndrias (biogênese mitocondrial), favorecendo o consumo de oxigênio. Além disso, o exercício causa um estímulo sobre a UCP (proteína desacopladora da isoforma 3). Dessa forma, o oxigênio que seria convertido em ânion superóxido, passa pelas proteínas desacopladoras e é convertido em calor termogênese, que leva a queima da gordura. Esse processo é importante para o indivíduo idoso com sarcopenia, pois a biogênese mitocondrial favorece a utilização do oxigênio, sem favorecer a formação de EROs. 
Portanto, o exercício aumenta o metabolismo oxidativo e este induz o estresse oxidativo. 
A prática regular de exercícios com intensidade leve à moderada promove adaptações que condicionam um efeito protetor antioxidante. 
RESUMO: As necessidades metabólicas do exercício representam um incremento no processo de respiração celular (aumento do consumo de O2), aumentando o fluxo de elétrons na cadeia respiratória mitocondrial e as concentrações das espécies reativas. Com adaptação ocorre porque há biogênese mitocondrial muscular, sem aumento da produção das espécies reativas, o que reduz produção de ânion superóxido, um processo que conta com a participação das proteínas desacopladoras (UCP3 no músculo esquelético).
b) Quais os mecanismos pelos quais a prática de exercício físico aumenta a capacidade antioxidante? Justifique
A prática de exercício físico aumenta a capacidade antioxidante devido ao aumento da superóxido dismutase, da glutationa peroxidase e da atividade de catalase. Diretamente, vai suprimir a produção de EROs e trazer benefícios esperado frente a essa redução.
2- O chá verde – um polifenol obtido a partir das folhas da planta Camellia sinensis (C. sinensis), possui propriedades que repercutem em ações antioxidantes, anti-inflamatórias, antiaterogênicos, anticarcinogênicas, hipoglicemiantes, além de auxiliar na regulação da massa corporal e aumentar a densidade óssea. Desta forma, quando ingerido, auxilia na promoção da saúde e participa do efeito protetor contra os processos oxidativos que ocorrem no organismo – em especial de idosos, desempenhando um importante papel na redução de danos à alvos biológicos e na redução de doenças crônicas não transmissíveis
a) Considerando os princípios de defesa antioxidante, fundamente a ação básica antioxidante do chá verde
O radical livre tem elétrons desemparelhados. Nesse sentido, o chá verde realiza um sequestro de antioxidante ao transferir elétrons para a molécula de radical livre, estabilizando-a e neutralizando os efeitos desse radical. Esse processo é compartilhado a todas as substâncias antioxidantes. Uma característica específica do chá verde é a capacidade de inibir a peroxidação lipídica ao inviabilizar a quebra das membranas plasmáticas. 
Portanto, a propriedade antioxidante está relacionada a estrutura química das catequinas (levam ao “sequestro de 
antioxidante”). A ação básica é transferir elétrons para as espécies reativas de oxigênio, estabilizando-as e 
neutralizando a formação das espécies reativas. Assim, previnem a citotoxicidade induzida pelo estresse oxidativo e 
inibe a lipoperoxidação. Também possuem ação quelante de metais de transição (ferro e cobre), o que impedem formação de EROs pela reação de Fenton
3- Dentro de inúmeras condições que se entrelaçam ao decaimento fisiológico inerente ao envelhecimento, a osteoporose se destaca e constitui uma preocupação alarmante, uma vez que se correlaciona com aumento a suscetibilidade as fraturas, mesmo em condições de baixa energia
a) Como os processos oxidantes e antioxidantes influenciam o osteometabolismo? Justifique
Na situação de equilíbrio, a produção de EROS é fundamental para a atividade dos osteoclastos. Os osteoclastos geram ânion superóxido para reabsorção óssea. Caso ocorra um desequilíbrioentre ânion superóxido e SOD (enzima que controla sua produção), existe uma cascata aberta para produção de EROs, levando a superprodução de ânion superóxido e tendo efetividade da atividade de osteoclastos. 
O GPx suprime a diferenciação dos osteoclastos via redução de peróxido de hidrogênio. No desequilíbrio, há uma superprodução de EROS, o que aumenta a expressão de RANKL (ligante do RANK). A superprodução de ânion superóxido leva a redução da massa óssea. A alta concentração do ânion superóxido em osteoclastos inibe SOD. Na cascata de formação de oxidantes há transformação do ânion superóxido em osteoclasto, com diferenciação osteoclástica e controle da atividade de osteoclastos maduros. O peróxido de hidrogênio participa da perda de massa óssea, pois aumenta a diferenciação e função dos osteoclastos.