Estresse oxidativo e doenças neurodegenerativas

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BMF III – Bioquímica Módulo 5 - Aula 5 Cecilia Antonieta 82 A 
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STRESS OXIDATIVO 
DEFINIÇÕES CLÁSSICA produção de espécies reativas 
de oxigênio em excesso. 
MODERNA balanço homeostático alterado resultante 
de agentes oxidantes. 
Resultado de desbalanceamento entre a produção de 
oxigênio reativo e habilidade do sistema biológico de 
desintoxicar-se rapidamente dos intermediários 
reativos ou reparar os danos causa dos por estes. 
A cadeia de transporte de elétrons mitocondrial 
consome quase 98% de oxigênio no complexo 
citocromo oxidase e o O2 remanescente é oxidado a 
peróxido de hidrogênio e superóxido radicais. 
Todas as formas de vida mantém um ambiente redutor 
dentro de suas células. 
AMBIENTE REDUTOR mantido por enzimas que 
mantém o estado reduzido através de constante input 
de energia metabólica. 
Distúrbios do estado redor normal de uma célula causa 
efeitos tóxicos através da produção de peróxido e 
radicais livres que destroem componentes celulares 
como: proteínas, lipídeos e DNA. 
ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO (ROS) 
Pequenas moléculas cuja alta reatividade deve-se à 
presença de elétrons desemparelhados na última 
camada. Íons oxigênio, radicais livres, peróxidos. 
FONTES CELULARES membrana nuclear e citoplasmáti-
co, mitocôndria, lisossomos e peroxissomo, RE, 
citoplasma. 
RADICAL molécula com um elétron não pareado muito 
reativo em um orbital externo, esse pode iniciar uma 
cadeia de reações através da remoção de um elétron de 
outra molécula para completar seu orbital. 
ÍONS OXIGÊNIO 
 
RADICAIS LIVRES 
Superoxido, óxido nítrico, radical hidroxill. 
PERÓXIDOS 
Peróxido de hidrogênio, peroxinitrato. 
 
 
A estrutura eletrônica da molécula de O2 favorece sua 
redução por adição de elétrons. 
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 e este por sua vez pode passar por um 
elétron transferência para formar H2O2. 
H2O2 pode passar por transferência de um eletrons 
para formar H2O. 
O2 também pode reagir com NO, formado durante a 
conversão de arginina a citrulina pela óxido nítrico 
sintase e formar ONOO-. 
Reação de Fenton: H2O2 em presença de metais como 
íon ferroso (Fe2+) pode ser convertido a OH. 
STRESS OXIDATIVO 
Em condições de stress ambiental ocorre aumento 
enorme das ROS, podendo causar destruição de 
estruturas celulares e levar uma condição de stress 
oxidativo. 
EFEITOS 
POSITIVO sistema imunológico. 
NEGATIVO doenças como aterosclerose, mal de 
PARKINSOn, Alzheimer e envelhecimento. Perda 
neuronal, declínio cognitivo, isquemia cerebral e 
tonturas. 
Cérebro alta taxa metabólica (alto consumo de O2- 
altissimo nível de ROS) e baixa capacidade de 
regenração celular. 
OXIDAÇÕES DE BIOMOLÉCULAS 
LIPÍDIOS peróxidos lipídios. Reação em cadeia pode 
oxidar todos os ácidos na vizinhança, resultando em 
ruptura de membranas e organelas como mitocôndria. 
Alvos: fosfolipídeos insaturadas de membrana. 
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PRODUTOS 4-hidroxinoneal, malondialdeido, servem 
de marcadores de stress. 
Consequências aumento da rigidez da membrana, 
modificando permeabilidade, diminuição da ativação de 
de enzimas membranas (bomba sódio pstassio), 
modifica conformação, alterando permeabilidade de 
receptores de membrana). 
DNA pode ser oxidado levando a mutações que tem 
impacto na replicação. Um dos produtos mais estudado 
8-hidroxila-2-guanosina vem sendo empregado 
também como marcador (radical hidroxila- espécie 
responsável). 
PROTEÍNAS ruptura de sítios ativos de enzimas ou afeta 
conformação das proteinas. 
MECANISMO DE DEFESA ENZIMÁTICO 
SUPEROXIDO DISMUTASE 
Presente em todas as células metabolizadoras de 
oxigênio. 
Presente no citosol, espaço intermitocondrial, 
hepatócitos, cérebro, eritrócitos. 
SOD1 citoplasma, duas unidades, contém cobre e zinco. 
SOD2 mitocôndria, tetrâmeros, tem manganês em seu 
centro reativo. 
SOD3 extracelular, tetrâmeros, contêm cobre e zinco. 
A desprotonação de superoxido é uma reação oxi-
redução em duas etapas de um ciclo de cobre em SOD-
M passas do de Cu2+ para Cu+ e voltando par Cu2+. 
CATALASE 
Alta afinidade para H2O2 peroxissomos, hepatócitos, 
mitocôndria, citoplasma de eritrócitos. 
HUMANA enzima peroxidase contendo grupo heme, 
catalisa a redução de peroxido de hidrogênio. 
Envolvida no metabolismo do etanol, inflamação, 
apostos e, envelhecimento e câncer. 
Tetrâmero com Fé, necessita de NADPH. 
GLUTATIONA PEROXIDASE 
Principal proteção contra danos oxidativos. Mitocôndria 
e citosol. 
Eliminação de hidroperóxidos intracelulares e H2O2. 
Isoformas são codificadas por diferentes gêneros, 
variam de localização celular e especificidade do 
substrato. 
Glutationa peroxidase 1 (GPx1) é a versão mais 
abundante, encontrada no citoplasma de quase todos 
os tecidos de mamíferos, cujo substrato é peróxido de 
hidrogênio. 
GSH monomérica -> glutationa dimerizando por 
dissulfeto. 
Fonte de NADPH- ciclo das pentoses. 
FERRO 
Estocagem e transporte de formas que não catalisam a 
formação de radicai reativos. 
ALZHEIMER 
Metabolismo cerebral é reduzido, o que pode ser 
associado a decréscimo na regulação metabólica e 
aumento nos níveis de ROS. 
ETIOLOGIA 
Alumínio, anormalidades sinápticas, perda de fator de 
crescimento, toxinas, anormalidades vasculares ou 
imunológicas e/ou protéicas, stress oxidativo, poulição 
do ar, degeneração associada à idade. 
GERAÇÃO DE ROS 
CAUSAS MECANISMO DE TOXICIDADE DE ABETA 
acúmulo resulta em oligomerização e agregação, 
alterando as atividades de quinase/fosfatase, levando a 
hiperfosforilação da proteína tau. Abeta peptídeos 
podem se liga a ferro. 
METAIS REDOX ATIVOS neuronios neurofibrilados e 
depósitos de Abeta contem ferro com centro redox 
ativo. Este íon ferro é encontrado no citoplasma de 
neurônios afetados. 
PRODUTOS DE GLICAÇÃO AVANÇADA podem se 
ligar a metais e atuarem como centro redox, podendo 
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também ativar RAGE (receptor de produtos de glicação 
avançada) e levar à produção de radicais de oxigênio. 
MICRÓGLIA ATIVA cérebro com AD contem micróglia 
próxima das placas senil, micróglia ativada libera altos 
niveis de ROS. 
A oxidação de proteínas também. É capaz de induzir 
glicação avançada. 
CONSEQUÊNCIAS OXIDAÇÃO heme-oxigenase- 1 
indução, idnução de respostas genes ”adaptativos”e de 
enzimas de reparo, rota da apoptose.. 
INFLAMAÇÃO superoxido dismutase, NSAIDS confere 
proteção, ativação de rotas metabólicas complementa-
res, ativação micróglia e associação com placas 
amiloides. 
EVIDÊNCIAS 
O cérebro de paciente apresenta uma extensão 
significativa de dano oxidativo associado à acumulaçÃo 
anormal de Abeta-peptídeos e deposição de neurônios 
neurofibrilados. 
Significante evidências sugerem importante papel dos 
biometais, incluindo ferro, zinco e cobre na formação do 
peptídeo Abeta e neurodegeneração. 
HIPÓTESE STRESS OXIDATIVO – 
ENVELHECIMENTO 
Prevalência de Alzheimer é diretamente dependente da 
idade. 
Relação inversa entre taxa metabólica de um animal e 
seu tempo de vida. 
Envelhecimento é relacionado a danos teciduais 
acusados por radicais e ROS. 
ENVELHECIMENTO estragos celulares feitos pelos 
radicais num organismo, causam o envelhecimento 
desse. 
MODIFICAÇÕES OXIDATIVAS PEROXIDAÇÃO 
LIPÍDICA radicias hidroxil atacam lipídios insaturadas e 
iniciam reação em cadeia de radicias, aldeído reativos 
são os produtos mais tóxicos, causam inativação de 
enzimas e oxidam membranas. 
Abducts (produto reativo de adição de moléculas 
distintas, contém todos os átomos dos componentes 
adicionados) proteínas + aldeídos são comumente 
encontrados em placas senis, NFT e corpos neurais. 
OXIDAÇÃO PROTEICA nitração resultante de 
proxinitrito ounitração per oxidativo, comum em 
corpos neurais. 
GLICAÇÃO açúcares redutores reagem com as cadeias 
laterais de proteínas, formam produtos estáveis que 
exigem oxidação, esses estão predominantes me placas 
senis, NFT e corpos celulares neurais. 
ÁCIDOS NUCLEICOS DNAm encontra-se aumentado 
nos neurônios piramidais. 
PAPEL DO ESTRESSE OXIDATIVO 
Paciente apresentam extenso dano oxidativo associado 
com o acumulo anormal de peptídeos Abeta e depósito 
de neurônios neurofibrilados. 
Biometais como ferro, zinco e cobre têm papel 
importante no peptídeos Abeta e na neurodegenração. 
Muito sítios ligantes para cobre e zinco no domínio N-
terminal do peptídeo Abeta e seu precursors APP. 
Cobre é potente mediador do radical hidroxil e contribui 
par o aumento do estresse oxidativo. 
Indicadores de estress ocorrem mais cedo que 
alterações no citoesqueleto. 
ALTERAÇÕES NO CITOESQUELETO 
MICROTUBULOS importantes componentes do 
citoesqueleto. 
PROTEÍNAS TAU MAPs importantes na montagem e 
estabilização de microtubulos, transporte axonal e 
neurocrescimento. Atividade biológica regulada por seu 
grau de fosforilação. Abundante em neurônios do SNC. 
DEFEITUOSAS resultam em demência devido à não 
estabilização dos microtúbulos. Quando fosforiladas 
excessivamente resultam em PHF-tau (impaired helix 
filament) levando aos NFTs (neurofibrilated tangles). 
A fosforilação está associada à oxidação através da via 
da proteína quinase associada aos microtubulos e 
através da ativação do fator de transcrição nuclear 
kapaB. 
FORMAÇÃO DE PEPTÍDEO BETA-AMILÓIDE 
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APP (proteína precursora de beta-amilóide) 
glicoproteína de 39-43 aminoácidos encontrada na 
bainha de mielina. Sofre proteólise para gerar petídeos 
Abeta hidrofóbicos. A deposição de Abeta e placas 
oligoméricas é identificada como uma das principais 
características patológicas de AD. 
SECRETASE ALFA E BETA clicam APP para liberar 
fragmento solúveis e insolúveis (sAPPalfa ou APPbeta) 
no espaço extracelular e gerar fragmentos carboxílico 
terminais CTFalfa ou CTFbeta. 
GAMA processam CTFs gerando AICD e Abeta. 
Alfa-secretase é mediada por uma série de proteases, 
membro da família ADAM, conté vários domínios 
extracelulares (pro domínio, domínio catalítico, domino 
com atividade de desintegrina). 
ABETA concentrações mais altas em pacientes com 
Alzheimer, apresenta grande tendência a se agregar. 
Alta concetração de cobre está associada ao 
comprimento de fragmentos Abeta. 
Uma característica comum do Alzheimer é a presença 
de AchE, comumente associada com placas beta-
mieloides e NFTs. 
SÍNDROME DE DOWN 
Trissomia do cromossomo 21 (não disjunção das 
cromátides). Danos acusados pelos radicais livres no 
DNA do indivíduo pode causar a herança genética 
defeituosa. 
Aumento amilóide correlacionado com decréscimo do 
dano oxidativo. 
PROTETORES 
Dapsone, acetil-L-carnitina, tenilsetam, de pernil 
(selegiline), ácido lipídico, estrogênio, dieta. 
ANTIINFLAMATÓRIOS 
AAS, ibuprofeno, 
ANTIOXIDANTES 
Frutas e vegetais, vitamina 
BETACAROTENO elimina o oxigênio singlet. Encontrado 
em: cenoura, batata-doce, abóbora, mamão, manga, 
carambola, nectarina, pêssego, espinafre, brócolis, 
couve, agrião, nabo, aspargo, mostardas ervilha e 
ameixa. 
VITAMINA E - TOCOFEROL mais abundante na natureza, 
protege as membranas da peroxidação dos lipídios. 
Encontrada no germe de trigo, abacate, manteiga, 
sementes, bócolis, beterraba, folhas verdes e cereais 
integrais. 
VITAMINA C hidrofílico, reage diretamente com radicais 
superóxido e ânimo hidroxila.Encontrada nas frutas 
cítricas, brócolis, repolho, couve-flor e pimentão verde.