AULA 08 - ESTRESSE OXIDATIVO - TOXICOLOGIA

Prévia do material em texto

Estresse Oxidativo
Radicais livres e espécies reativas de 
oxigênio
 conceito
 espécie química independente, com um ou mais elétrons 
não pareados em orbitais atômicos ou moleculares
 elétron livre
 em átomo de oxigênio, nitrogênio, carbono ou enxofre 
 na natureza:
 oxigênio no estado fundamental (O2) e o óxido nítrico 
(.NO), um poluente da atmosfera e EDRF
 oxigênio no estado fundamental (O2)
 bi-radical, só reage com moléculas de 
configuração eletrônica semelhante
 a maioria das moléculas biológicas não é um 
bi-radical
 O2 não pode reagir 
 alvos celulares não lesados
 oxigênio pode gerar espécies reativas
 por absorção energia ou transferência de elétrons 
 espécies reativas por absorção energia
 oxigênio singlete (1O2) delta e sigma
 espécies eletronicamente excitadas 
 poder oxidante maior do que O2
 espécies reativas por transferência de 
elétrons
 redução do oxigênio a água
 redução em quatro etapas (elétron em cada etapa) 
 formação do radical superóxido (O2
-), peróxido de 
hidrogênio (H2O2) e do radical hidroxila (
.OH)
 toxicidade do oxigênio
 devida as espécies reativas 
 podem reagir com diversas moléculas biológicas e 
lesar diferentes estruturas celulares
 “espécie reativa de oxigênio” (ERO)
 usada para designar radicais livres e o H2O2
que não tem elétron não pareado
 radicais livres e EROs
 gerados por fontes externas
 radiação ionizante (raios X e gama)
 agentes químicos, por biotransformação
 gerados no organismo 
 participam de processos fisiológicos (crescimento 
celular normal, morte celular programada e outros) 
 produzidos sob o controle de sistemas antioxidantes 
 aumento na produção pode resultar em efeitos 
deletérios
 radicais livres e EROs
 gerados nas células principalmente através da 
ação de enzimas solúveis ou ligadas as 
membranas celulares
 no citoplasma, mitocôndrias, retículo 
endoplasmático e núcleo das células aeróbicas
 capacidade de vias específicas para produzi-los 
varia dependendo do tipo de célula
Geração de espécies reativas em 
sistemas biológicos
Oxigênio singlete (1O2)
 excitação do oxigênio no estado triplete 
(3O2) ao seu estado singlete (
1O2)
 requer energia térmica ou fotoquímica e pode 
ocorrer quando pigmentos (sensibilizadores) 
são iluminados na presença de (3O2) 
 substâncias sensibilizadoras (bilirrubina, 
retinal, porfirinas, etc.)
 substâncias sensibilizadoras
 quando irradiadas com luz de comprimento de 
onda adequado são excitadas ao estado 
triplete
 transferem essa energia ao 3O2, convertendo-o 
em 1O2
 sensibilizadores triplete e 1O2 podem reagir 
com diversas moléculas
 produzindo efeitos fotodinâmicos importantes em 
diversas situações biológicas 
 por ex.:retinal ligado a rodopsina presente 
nos bastonetes da retina
 pode sensibilizar a produção de 1O2
 ocorrência de lesões
 devido a exposição prolongada dos bastonetes da 
retina à luz em comprimentos de onda absorvíveis 
pela rodopsina 
Ânion radical superóxido (O2
-)
 gerado por reações de auto-oxidação
 hemoglobina, mioglobina e catecolaminas
 gerado por reações enzimáticas
 transporte de elétrons pelo sistema oxidase de função 
mista (processo de biotransformação de xenobióticos)
 sistema de transporte de elétrons na mitocôndria 
(respiração celular)
 células fagocitárias (neutrófilos, monócitos, macrófagos, 
e eosinófilos) ativadas, na reação inflamatória 
 oxidante fraco e só penetra nas células através de 
canais aniônicos
Peróxido de hidrogênio (H2O2)
 produzido por qualquer sistema gerador do ânion radical 
superóxido
 reação de dismutação
 O2
- + O2
- → H2O2 + O2
 agente oxidante fraco
 capaz de oxidar grupamentos tiol (-SH), podendo 
inativar enzimas
Radical hidroxila (.OH)
 espécie de oxigênio mais reativa
 grande potencial deletério, podendo:
 modificar as bases purínicas e pirimidínicas, levando a 
inativação ou mutação de DNA
 inativar proteínas, principalmente através da oxidação 
de seus grupamentos ditióis (_SH) em pontes dissulfeto 
(S_S) 
 iniciar a peroxidação lipídica em ácido graxos 
poliinsaturados nas membranas celulares e lipoproteínas
 duas principais vias de produção de (.OH):
 radiações ionizantes (raios X e gama) 
 no processo de radiólise da água
 reação de Haber-Weiss catalisada por ferro ou 
cobre
 reação entre o radical superóxido e peróxido de 
hidrogênio com participação de metais de transição 
 reação de Haber-Weiss catalisada por 
metais de transição (ferro ou cobre)
Mn
+ + O2
- → M(n - 1) + O2
M(n - 1) + H2O2 → Mn
+ + .OH + OH-
____________________________
O2
- + H2O2 → O2 + 
.OH + OH-
Óxido nítrico (.NO)
 produzido no endotélio vascular (fator de 
relaxamento derivado do endotélio, EDRF), no 
cérebro e nas células fagocitárias
 atua como segundo mensageiro 
 relaxamento dos vasos sanguíneos
 regulação da função imune 
 neurotransmissor
 óxido nítrico potencialmente lesivo
 quando disponível em excesso, em alguns processos 
patológicos, (por ex. inflamação crônica)
 em algumas ocasiões
 radical superóxido reage com óxido nítrico resultando o 
peroxinitrito (ONOO-), um potente oxidante
O2
- + .NO → ONOO-
 peroxinitrito 
 pode reagir rapidamente com proteínas, lipídeos, 
carboidratos, ácidos nucléicos (alterando suas estruturas 
e funções)
 um de seus prováveis produtos de decomposição é o 
radical hidroxila 
 a nocividade atribuída ao óxido nítrico se deve pelo 
menos em parte, a sua reação com o radical superóxido
Peroxidação lipídica
 dano oxidativo observado com maior frequência 
 ataque de espécies oxidantes a ácidos graxos 
poliinsaturados nas membranas celulares
 iniciação do complexo processo de peroxidação lipídica
 reação em cadeia
 compromete a estrutura da membrana celular 
danificando-a
 eventualmente, causa completa destruição da 
membrana com morte da célula 
Peroxidação lipídica
iniciação: LH → L.
propagação: L. + O2 → LOO
.
LOO. + LH → LOOH + L.
Fe2+
LOOH → LO. + OH-
Fe3+
LOOH → LOO. + H+
H+
término: LO. + LO. → 3 L=O + LOH
H+
LOO. + LOO. → L=O + LOH + 1O2
Defesas antioxidantes
 enzimas antioxidantes, principais:
 (superóxido dismutase, glutationa peroxidase e 
catalase)
 superóxido dismutase (SOD)
 presente em todos os organismos aeróbicos 
 catalisa a dismutação do radical superóxido:
SOD
2 O2
- + H+ → O2 + H2O2
 dois tipos: 
 CuZn-SOD, no citoplasma das células 
 Mn-SOD, na mitocôndria 
 glutationa peroxidase (GPx)
 redução de hidroperóxidos orgânicos e inorgânicos 
(H2O2) através da glutationa reduzida (GSH) para 
formar glutationa oxidada (GSSG) e água (ou álcoois)
GPX
2 GSH + H2O2 → GSSG + H2O
 continuidade do ciclo catalítico da GPx:
 redução da glutationa oxidada pela enzima glutationa 
redutase, via NADPH formado pela via das pentoses 
 glutationa reduzida (GSH)
 tripeptídeo (glicina, cisteína e ácido glutâmico)
 concentrações milimolar em todas as células 
humanas 
 sequestrador de .OH e 1O2
 participa de processos de desintoxicação 
celular (biotransformação de xenobióticos)
 catalase 
 localizada nos peroxissomos na maioria dos tecidos 
 remove o peróxido de hidrogênio, catalisando sua 
redução à água e oxigênio molecular:
catalase
2 H2O2 → 2 H2O + O2
 específica para o H2O2
 importante com altas concentrações de H2O2
Outros antioxidantes
 albumina 
 ligante de íons cobre ou ferro
 inativa o ácido hipocloroso (oxidante liberado das células 
fagocitárias pela enzima mieloperoxidase) e 
 ácido úrico
 produto final do metabolismo das purinas
 ligante de íons ferro ou cobre
 inativa radicais .OH, peroxila (ROO.), 1O2, ácido 
hipocloroso e outros
 α-tocoferol (vitamina E)
 se acumula nas membranas celulares 
 transportado pelas lipoproteínas (LDL) no plasma
 sequestrador de O2
- e .OH, evita a iniciação da 
peroxidação lipídica interrompe a fase de propagação da lipoperoxidação nas 
membranas celulares
 radical tocoferil é regenerado a α-tocoferol pelo ácido 
ascórbico
 Flavonóides
 compostos poli-fenólicos 
 antioxidantes potentes
 eliminam O2
- e .OH e ligam-se metais de transição
 in vitro, inibem a oxidação de LDL
 in vivo:
 hispidulina inibiu a hepatoxicidade por 
bromobenzeno
 silibina reduziu a hepatotoxicidade por ferro 
 silimarina inibiu a hepatotoxicidade tanto por 
tetracloreto de carbono como por paracetamol
 tioredoxinas
 enzimas com ampla distribuição celular 
 capaz de reduzir ligações dissulfeto (ligação S-S) de 
proteínas oxidadas em ditióis (2 grupos –SH)
 restaura a atividade dessas moléculas
 proteínas oxidadas
 degradadas com maior velocidade por proteosomos 
(enzimas proteolíticas presentes no citoplasma e 
mitocondria)
 existem mecanismos de reparo das lesões 
produzidas por espécies radicalares no DNA 
Estresse oxidativo é uma perturbação 
do equilíbrio entre os níveis de 
antioxidantes e de pró-oxidantes, com o 
predomínio destes últimos, a qual é 
potencialmente capaz de causar dano 
celular 
Estresse oxidativo
 redução dos sistemas antioxidantes ou aumento 
da geração de espécies oxidantes
 danos oxidativos em macromoléculas e estruturas 
celulares com alterarão da funcionalidade de células, 
tecidos e órgãos
 câncer, aterosclerose, lesões por isquemia e 
reperfusão, doenças autoimunes e inflamação 
crônica
 têm bases teórica e experimental, de um papel 
causal ou contribuidor dessas espécies reativas 
Inflamação
 em condições normais
 produção de EROs tem um alvo definido 
 controlada por eficientes sistemas antioxidantes
 transformar-se em doença
 produção de EROs induzida por um estímulo anormal e 
foge ao controle, ocorrendo por tempo prolongado
 por ex.: artrite reumatóide e outras doenças 
caracterizadas como respostas inflamatórias crônicas