Aula 07 Estresse Oxidativo e Doenças Neurodegenerativas

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BIOQUÍMICA - AULA 7
Stress Oxidativo e Doenças Neurodegenerativas
STRESS OXIDATIVO
Definição clássica: produção de espécies reativas de oxigênio em excesso de mecanismos anti-oxidantes.
Definição moderna: balanço homeostático alterado resultante de agentes oxidantes
O stress oxidativo é resultante do desbalanceamento entre a produção de oxigênio reativo e a habilidade do sistema biológico de desintoxicar-se rapidamente dos intermediários reativos ou reparar os danos causados por estes.
Todas as formas de vida mantem um ambiente redutor dentro de suas células. Um ambiente redutor é mantido por enzimas que mantém o estado reduzido através de uma constante entrada de energia metabólica.
Distúrbios no estado redox normal de uma célula causa efeitos tóxicos através da produção de peróxidos e radicais livres que destroem componentes celulares como as proteínas, lipídeos e DNA. 
Espécies reativas de oxigênio (ROS): são pequenas moléculas cuja alta reatividade deve-se a presença de elétrons desemparelhados na ultima camada. Exemplos: íons oxigênio, radicais livres peróxidos [superóxido (O2•–), oxido nítrico (NO•), radical hidroxil (OH•), peróxido de hidrogênio (H2O2) e peroxinitrato (ONOO–)]. 
A estrutura eletrônica da molécula de O2 favorece sua redução por adição de elétrons de cada vez, resultando na geração de radicais de oxigênio que causam dano celular.
Radical: é uma molécula com um elétron não pareado muito reativo em um orbital externo. O elétron desemparelhado pode iniciar uma cadeia de reações através da remoção de um elétron de outra molécula para completar seu orbital.
A maioria das ROS são geradas durante reduções metabólicas incompletas de oxigênio a água. Oxigênio pode passar por transferência de um elétron para formar O2- (íon superóxido), e este por sua vez pode passar por um elétron transferência para formar H2O2. 
H2O2 pode passar por transferência de um elétron para formar H2O.
 O2– também pode reagir com NO (formado durante a conversão de arginina a citrulina pelo óxido nítrico sintase) e formar ONOO–.
Reação de Fenton: H2O2 em presença de metais como íon ferroso (Fe2+) pode ser convertido a OH-.
As formas de oxigênio reativo são subprodutos naturais do metabolismo do oxigênio e tem função importante na sinalização celular. Em condições de stress ambiental ocorre um aumento enorme destas espécies que poderá causar destruição de estruturas celulares e levar a uma condição de stress oxidativo.
Efeito positivo: atuação no sistema imunológico. 
Efeito negativo: relacionado a varias doenças como arteriosclerose, mal de Parkinson, Alzheimer, Huntington e envelhecimento. 
O stress oxidativo também tem sido associado à perda neuronal e esta relacionada a declínio cognitivo, isquemia cerebral, tonturas. 
Devido a alta taxa metabólica e uma baixa capacidade de regeneração celular do cérebro, este poderá ser mais receptível que outros órgãos ao efeito danoso das espécies de oxigênio reativo. O cérebro tem o mais alto nível de consumo de O2; consequentemente gera um altíssimo nível de ROS (cérebro: 2 – 3% da massa corporal e utiliza 20 – 25% do metabolismo basal).
Em casos de Parkinson, Alzheimer e esclerose lateral amiotrófica foram encontrados indícios dos danos causados por radicais livres em regiões especificas do cérebro que levam a neurodegeneração.
Oxidação de biomoléculas
Lipídeos: oxidações de ácidos insaturados resultam na geração de peróxidos lipídicos. Estas podem ocorrer através de uma reação em cadeia, oxidando com todos os ácidos na vizinhança; resultando na ruptura de membranas e organelas como mitocôndrias. Produtos desta ruptura: 4-hidroxinonenal (4-HNE) e malondialdeido (MDA). Estes produtos servem como marcadores de stress.
Peroxidação Lipídica: tóxico efeito de radicais de oxigênio nos fosfolipídios das membranas celulares (plasmática, mitocondrial e sistemas endomembranares). 
Consequências: 
Aumento da rigidez da membrana, modificando sua permeabilidade;
Diminuição da atividade de enzimas membranares (bomba de sódio e potássio);
Modifica conformação, alterando permeabilidade de receptores de membrana.
DNA: o DNA também pode oxidado levando a mutações que tem impacto na replicação. Um dos produtos mais estudados, 8-hidroxi-2-guanosina (8-OHdG), vem sendo empregado também como marcador. A Espécie responsável por estes danos oxidativos é o radical hidroxil (OH-).
Mecanismo de defesa enzimático
Superóxido Dismutase (SOD): está presente em todas as células metabolizadoras de oxigênio. 
Glutationa peroxidases (GSH): principal proteção contra danos oxidativos. Presente na mitocôndria e no citosol. Promove a eliminação de hidroperóxidos intracelulares 
H2O2. 2 GSH + ROOH GSSH + H2O + ROH
Catalase: alta afinidade para H2O2: peroxissomos de hepatócitos, mitocôndrias, e citoplasma de eritrócitos. É tetrâmero com Fe, necessita de NADPH.
Olhos: metabolismo e visão
Glicose é a principal fonte de energia nos olhos. A córnea é um tecido não homogêneo cuja fonte de ATP vem do metabolismo anaeróbio da glicose: 30% via glicólise e 65% via ciclo das pentoses (tecido no qual este ciclo está mais ativo). O epitélio da córnea é permeável ao oxigênio atmosférico, que é necessário para várias reações oxidativas.
Stress Oxidativo na Doença de Alzheimer (DA)
O metabolismo é a fonte primária de oxidantes. O metabolismo cerebral é reduzido na Doença de Alzheimer. Isto pode ser associado com o decréscimo na regulação metabólica e talvez também ao aumento nos níveis de ROS.
Cérebro com DA contem micróglia reativa que pode ser diferenciada por modificações morfológicas. Pode gerar inflamações cerebrais. 
Há hipóteses de que a base biológica do envelhecimento seja devido ao stress oxidativo. A prevalência de DA é diretamente dependente da idade. Existe uma relação inversa entre taxa metabólica de um animal e seu tempo de vida. Isto leva a hipótese que o envelhecimento é um processo relacionado a danos nos tecidos e células que são causados por radicais e ROS.
Lipídeos, proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos são todos oxidados no mal de Alzheimer.
Glicação: açúcares redutores reagem com as cadeias laterais de proteínas e formam produtos estáveis que exigem oxidação. Produtos de glicação muito estáveis estão predominantes em placas senis, NFT e corpos celulares neurais.
Peroxidação lipídica: radicais hidroxil atacam lipídeos insaturados e iniciam a reação em cadeia de radicais lipídicos. Aldeídos reativos são os produtos mais tóxicos que causam inativação de enzimas e oxidam membranas. Adducts* de proteínas com aldeídos são comumente encontrados em placas senis, NFT e corpos neurais. 
OBS: um “adduct” é um produto direto da adição de duas ou mais moléculas distintas, resultando em um único produto reativo contendo todos os átomos dos componentes adicionados.
Oxidação proteica: nitração proteica é um fenômeno relacionado e pode ser resultante de peroxinitrito ou nitração peroxidativa. Comum em corpos neurais.
Ácidos nucléicos oxidados são encontrados em corpos neurais.
Proteínas TAU: pertencem a família de proteínas associadas aos microtúbulos, e atuam estabilizando-os. Proteínas TAU anormalmente modificadas são os principais componentes deste material filamentoso. Estas proteínas são abundantes em neurônios do SNC. Também são expressas em um nível muito menor em astrócitos e oligodendrócitos.
Patologias e demências do SNC podem resultar quando as proteínas TAU se tornam defeituosas e não mais estabilizam os microtúbulos.
PÁGINA 36 E 37 DO LIVRO DE NEUROCIÊNCIAS PRETO E LARANJA EXPLICA MUITO MELHOR ISSO.
Microtúbulos: um dos mais importantes componentes do citoesqueleto de uma célula.
Causas da geração de espécies reativas de oxigênio em Doença de Alzheimer:
Metais redox ativos: neurônios neurofibrilados e depósitos Aβ contem ferro com centro redox ativo. Este íon ferro é encontrado no citoplasma de neurônios afetados na DA.
Produtos de glicação avançada podem se ligar a metais e atuarem como centro redox. Também podem ativaro receptor de produtos de glicação avançada (RAGE) e levar a produção de radicais de oxigênio.
Microglia ativa: o cérebro com DA contém microglia próxima das placas senis. Microglia ativada libera altos níveis de ROS.
ESTA PARTE ESTAVA IMPOSSÍVEL DE SE ENTENDER
Consequências: 
Oxidação: Heme-oxigenase-1, indução de respostas e genes “adaptativos” e de enzimas de reparo, rota de Apoptose.
Inflamação: superóxido-dismutase, NSAIDS confere proteção, ativação de rotas metabólicas complementares, ativação microglial e associação com placas amiloides. 
DNA mitocondrial encontra-se aumentado nos neurônios piramidais de pacientes com Alzheimer.
Na Síndrome de Down há a não disjunção das cromátides (trissomia do cromossomo 21). Os danos causados pelos radicais livres no DNA do indivíduo pode causar a herança genética defeituosa. Ocorre um aumento de amiloide-β, correlacionado com decréscimo do dano oxidativo.
Importância das VITAMINAS ANTIOXIDANTES: vitamina C, beta caroteno, vitamina E.
A vitamina E é o antioxidante mais abundante na natureza. Ela protege as membranas da peroxidação dos lipídios. A vitamina E é encontrada principalmente no germe do trigo, abacate, manteiga, sementes, brócolis, beterraba, folhas verdes e cereais integrais. 
A vitamina C é hidrofílica e reage diretamente com radicais superóxidos e ânion hidroxila. É encontrada nas frutas cítricas como limão, laranja, morango e em vegetais como brócolis, repolho, couve-flor e pimentão verde.
Os carotenoides podem prevenir ou reduzir o progresso do câncer e outras doenças degenerativas. Fontes de carotenoides: cenoura, batata-doce, abóbora, papai, manga, carambola, nectarina, pêssego, espinafre, brócolis, couve, agrião, nabo, aspargo, mostarda, ervilha e ameixa.