Estresse oxidativo - 2009-2 - PB
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Estresse oxidativo - 2009-2 - PB


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1
Universidade Federal de Santa Catarina
Centro de Ciências Biológicas
Departamento de Bioquímica

ESTRESSE OXIDATIVOESTRESSE OXIDATIVO

Aula para curso de graduaAula para curso de graduaçção em Farmão em Farmááciacia

Professor Marcelo Farina

MetabolismoMetabolismo anaeranaeróóbicobico -- glicglicóóliselise

Glicose + 2ADP + 2Pi Lactato + 2ATP + 2H2O

OO22 comocomo um um aceptoraceptor de de eleléétronstrons no no metabolismometabolismo aeraeróóbicobico

Glicose + 6O2 + 36ADP + 36Pi 6CO2 + 36ATP + 6H2O

\u2022 Originalmente, o metabolismo era

anaeranaeróóbicobico

\u2022 A concentração de O2 bem menor do que a

atual

A reduA reduçção do oxigênio molecular e ão do oxigênio molecular e
a formaa formaçção de espão de espéécies reativas cies reativas

FormaFormaçção de espão de espéécies reativas de oxigêniocies reativas de oxigênio

\u2022 As espespéécies reativas de oxigêniocies reativas de oxigênio (EROs) são

geradas constantemente como parte da vida

aeróbica normal:

\u2022 Cadeia transportadora de elétrons

\u2022 Intermediários de reações enzimáticas

2
Mitocôndria

Lisossomos

Peroxissomos

Retículo endoplasmático

Citoplasma

Oxidação Microssomal,
Flavoproteínas, Citocromo P450 Mieloperoxidase

fagócitos

Transporte de elétrons

Oxidases,
Flavoproteínas

Membrana plasmática
Lipoxigenases,

Prostaglandina sintase
NADPH oxidase

Xantina Oxidase,
NOS

Fe
Cu

Metais de

transição

Fontes endFontes endóógenas de EROgenas de ERO

Principal sPrincipal síítio de formatio de formaççãoão: Complexo I (NADH-coenzima Q)
FatoresFatores: Dano mitocondrial físico ou químico, disponibilidade de
oxigênio e presença de xenobióticos

A mitocôndria como fonte de A mitocôndria como fonte de EROsEROs

O citoplasma como fonte de O citoplasma como fonte de EROsEROs -- Catabolismo de PurinasCatabolismo de Purinas Xantina oxidase, isquemia e Xantina oxidase, isquemia e alopurinolalopurinol

Xantina oxidase, isquemia e Xantina oxidase, isquemia e alopurinolalopurinol

Alopurinol

Oxido NOxido Níítrico trico SintaseSintase

- nNOS - Isoenzima Neuronal

- eNOS - Isoenzima Endotelial

- iNOS - Isoenzima Induzível

3
BetaBeta--oxidaoxidaçção ão peroxissomalperoxissomal

Ácido graxo

Acil-CoA

Enoil-CoA

Hidroxiacil-CoA

Cetoacil-CoA

Acetil-CoA Acil-CoA diminuído
de 2 carbonos

Acil Graxo-CoA sintetase

Acil-CoA oxidase

Enoil-CoA hidrolase

Hidroxiacil-CoA
desidrogenase

Tiolase

H2O2

Principalmente em neutrófilos, mas também em outros tecidos

NADPH oxidase como fonte de NADPH oxidase como fonte de EROsEROs

Tóxico para os
patógenos, mas
também para os
tecidos vizinhos.

Defesas AntioxidantesDefesas Antioxidantes

\u201cTendo em vista que o OO22 é uma
molécula potencialmente tóxica, os

seres aeróbicos desenvolveram defesas
antioxidantes\u201d.

Defesas AntioxidantesDefesas Antioxidantes

Antioxidantes são:

\u2022 Agentes que removemremovem cataliticamente radicais
livres e outras espécies reativas (ex: catalase,
superóxido dismutase, peroxidases);

\u2022 Proteínas que minimizam a disponibilidade de prminimizam a disponibilidade de próó--
oxidantesoxidantes (ex: transferrina, metalotioneínas);

\u2022 Agentes de baixo peso molecular que \u201c\u201cbloqueiambloqueiam\u201d\u201d
espespéécies reativascies reativas (glutationa, ácido ascórbico)

Defesas Antioxidantes Defesas Antioxidantes
EnzimEnzimááticasticas

SuperSuperóóxido xido DismutasesDismutases

CuCu--ZnZn--SuperSuperóóxidoxido dismutasedismutase

\u2022 Enzima capaz de remover radicais superremover radicais superóóxido (Oxido (O22\u25cf\u25cf
--))

cataliticamente \u2013 eritrócitos (McCord & Fridovic, 1969);

\u2022 Presente praticamente em todas as células

eucarióticas e localizada principalmente no citoplasmacitoplasma;

- 32.000 PM

- Altamente resistente ao
calor e proteases

- Dímero (cada subunidades
contém um sítio ativo
contendo um Cu e um Zn

4
ReaReaçção da ão da CuCu--ZnZn--SODSOD

Enz-Cu2+ + O2\u2022- Æ Enz-Cu+ + O2
Enz-Cu+ + O2\u2022- + 2H+ Æ Enz-Cu2+ + H2O2

O2\u2022- + O2\u2022- + 2H+ Æ O2 + H2O2

ReaReaçção geral da ão geral da CuCu--ZnZn--SODSOD

CuCu--ZnZn--SODSOD extracelular (ECextracelular (EC--SOD)SOD)

\u2022 Presente no plasmaplasma de vários mamíferos;

\u2022 135. 000 PM, tetrâmerotetrâmero com 1Cu e 1 Zn por

subunidade,

\u2022 Previne a formação de peroxinitritoperoxinitrito nos vasos

NO\u2022 + O2\u2022-Æ ONOO-
\u2022 Significado biológico:

- um antagoniza o outro (hipertensãohipertensão)

- Peroxinitrito é altamente oxidante para liplipíídeosdeos e DNADNA

Óxido Nítrico Sintase

NO\u2022

Liga-se ao heme da
guanilato ciclase

Mudança conformacional
na enzima

Aumento da atividade
(produção de cGMP)

Modulação da atividade de
outras proteínas (proteínas
quínases, fosfodiesterases,

canais de íons)

Resposta fisiológica
(relaxamento dos

músculos lisos, inibição da
agregação plaquetária,

etc.)

O2-\u2022 ONOO-

SinalizaSinalizaçção fisiolão fisiolóógica do NOgica do NO\u2022 MnMn--SuperSuperóóxidoxido dismutasedismutase

\u2022 A manganês SODmanganês SOD foi isolada inicialmente de E. coli

\u2022 40.000 Daltons e contém Mn (III) no estado \u201cbasal\u201d

Enz-Mn3+ + O2\u2022- Æ Enz-Mn2+ + O2
Enz-Mn2+ + O2\u2022- + 2H+ Æ Enz-Mn3+ + H2O2
\u2022 A taxa de dismutação é similar a da Cu-Zn-SOD em

pH = 7,0.

Importância FisiolImportância Fisiolóógica das gica das SODsSODs
A melhor forma de se estudar sua importância é retirá-la dos organismos

\u2022 Gene knockouts em bactérias e fungos

- Bactérias sem atividadesem atividade da SOD não cresceram em aerobiose

- E. coli com atividade SOD deficienteSOD deficiente tiveram mais mutações no

DNA em aerobiose (mas não em anaerobiose)
\u2022 Animais trangênicos

- Hiper-expressão de SOD em camundongos: aumento da

resistência à toxicidade do oxigênio (HIPERHIPERÓÓXIAXIA)

- Camundongos MnMn--SODSOD knockoutknockout morrem antes dos 10 dias de

vida por cardiopatia, esteatose hepática e acidose metabólica.

ReaReaçção de Haberão de Haber--WeissWeiss

O Cobre tambO Cobre tambéém catalisa esta ream catalisa esta reaççãoão

5
CatalaseCatalase

\u2022 A dismutação do supersuperóóxidoxido gera o perperóóxido de xido de

hidrogênio (Hhidrogênio (H22OO22));

\u2022 Entretanto, esta molécula pode provir de outras

fontes:

\u2022 Catabolismo de purinas (Citoplasma)

\u2022 Beta-oxidação peroxissomal (Peroxissomos)

Peróxido de Hidrogênio

Peróxido de Hidrogênio

\u2022 O perperóóxido de hidrogênio (Hxido de hidrogênio (H22OO22) ) deve ser

decomposto por:

\u2022 CatalasesCatalases: decompõem o H2O2 ao O2 no seu

estado basal;

\u2022 PeroxidasesPeroxidases: usam o H2O2 para oxidar outro

substrato
Nos animais, a maior parte dos tecidos têm catalase:

- Fígado: Principalmente

- Eritrócito: Peróxido proveniente de dismutação do
superóxido gerado pela auto-oxidação da HEMOGLOBINAHEMOGLOBINA

Estrutura da Catalase

\u2022 Quatro subunidades, cada uma com um grupo hemegrupo heme

contendo Ferro \u201centerrado\u201d em um ambiente apolar

Mecanismo Catalítico

Cat-Fe3+ + H2O2 Æ Composto 1 + H2O
Composto 1 + H2O2 Æ Cat-Fe3+ + H2O + O2

O estado redox do heme muda durante a catálise.

H2O2 Æ H2O + ½ O2

Ensaios enzimáticos podem ser feitos pela medida do
desaparecimento de peróxido de hidrogênio (Abs = 240 nm)

Localização da Catalase

\u2022 Principalmente peroxissomalperoxissomal (beta-oxidação)

\u2022 MitocôndriasMitocôndrias hepáticas praticamente não têm não têm

catalasecatalase (Como degradar H2O2 gerado pela dismutação

de superóxido intra-mitocondrial?)

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PeroxidasesPeroxidases e o sistema GSHe o sistema GSH

GlutationaGlutationa
\u2022 Tripeptídeo: glutamato, cisteína e glicina.

\u2022 Cisteína \u2013 grupos tióis \u2013 reduzem outros
compostos enquanto formam pontes dissulfeto
(2GSH Æ GSSG).
\u2022 Altas concentrações intracelulares (mM), baixas
concentrações extracelulares

2 Glu-Cis-Gli Glu-Cis-Gli|