Post on 24-Jul-2015
RADICAIS LIVRES
BONS, MAUS E NATURAIS
LINUS PAULING 1954 Prêmio Nobel de Química.
Dedicou-se ao estudo dos RADICAIS LIVRES: responsáveis
pelo aparecimento de doenças e pelo envelhecimento do
organismo.
(1901-1994)
Base das ligações
covalentes entre os
átomos
1970 Uso de megadoses de vitamina C.
1000 mg de vitamina C: reduziria 45% dos resfriados.
Ingestão diária recomendada é de 60mg.
Linus :12000 mg/dia
As teorias de Pauling:
Medicina
Ortomolecular
Equilíbrio químico do
organismo
Vitaminas , minerais e
nutrientes
Existe inúmeros grupos de pesquisa que estudam os
radicais livres:
No Brasil:
Associação dos radicais livres com doenças;
Compostos naturais com propriedades
antioxidantes;
Síntese de compostos antioxidantes .
O QUE É RADICAL LIVRE?
É uma espécie química que possui um elétron
desemparelhado, ou seja, ocupando um orbital
atômico ou molecular sozinho.
Molécula altamente instável e reativa, meia vida muito curta tenta estabilizar-se....
Retirando elétrons, de moléculas estáveis...
Integrantes da estrutura celular...
Lipídios, Proteínas e DNA
Representação dos orbitais mais externos
RADICAL
LIVRE
composto
“normal”:
ESTÁVEL
MOLÉCULA
ESTÁVEL
MOLÉCULA
INSTÁVEL
Exemplo:Formação do radical livre superóxido (O2-.), que é
derivado do oxigênio molecular.
1. O O2 é composto por dois átomos de O:
2. Para formar o O2, os 2 elétrons solitários do subnível p de um O
fazem intercâmbio com os 2 elétrons de outro O, formando um
composto estável com 12 elétrons na última camada (L).
3. Quando no metabolismo normal ocorrer uma redução do
O2, forma o radical superóxido (O2-.), considerado instável por
possuir número ímpar (13) de elétrons na última camada L:
Produzidos:
-Quebra de
ligações
covalentes.
Nos
sistemas
biológicos
resultam de
reações de
óxido-
redução.
Todo radical livre de oxigênio é uma ESPÉCIE REATIVA DE OXIGÊNIO, mas nem toda espécie
reativa de oxigênio é um radical livre de oxigênio!!!
O
Cl
Br
N
Radical mais comum e abundante da célula
Primeira das espécies formadas pela redução do oxigênio por um
único elétron, pode agir como oxidante ou como redutor, dando
origem a outras espécies reativas.
Produzido pela cadeia de transporte de elétrons ou por ação de
células fagocitárias (neutrófilos, monócitos, e macrófagos) para
defesa bactericida.
Altamente reativo, meia vida de milissegundos e, em razão disso,
dificilmente atravessa as membranas, não pode se difundir para
longe do sítio de origem.
Radical Superóxido (O2•-)
O2 + e- O2•-
Formado principalmente na matriz mitocondrial, durante o
processo de redução do oxigênio, ou pela dismutação do
radical superóxido pela enzima SOD.
Metabólito do oxigênio extremamente deletério, porque
participa da reação que produz o OH. em presença de
metais como o Ferro.
O H2O2 é muito difusível dentro e entre as células in vivo
Peróxido de hidrogênio (H2O2)
2 O2•-
+ 2H+ H2O2 + O2
Experimento
H2O2 não reage
diretamente com DNA
H2O2 permeia membranas
celulares e gera radical
OH. in situ em razão dos
metais de transição
ligados ao DNA
Quelante impede íons
metálicos participe
reações óxido-redução
Espécie mais reativa e mais letal, tem uma meia-vida
extremamente curta (10-9), reagindo rapidamente com os
alvos celulares + próximos lesar DNA, proteínas,
carboidratos e lipídios.
Radical hidroxila (OH.)
Modificações de
bases purínicas e
pirimidínicas,
levando à
inativação ou
mutação do DNA.
Pode inativar
várias proteínas
ao oxidar seus
grupos sulfidrilas
(-SH) a pontes
dissulfeto (-SS).
Reações importantes p/ formação do
Radical hidroxila (OH.)
Não há enzima que catalisa a sua remoção capacidade
maior de lesar as células.
Radical peroxila (LOO.) e radical alcoxila (LO.)
São formados durante a decomposição de
peróxidos orgânicos e reações de carbono
radicalar com oxigênio
PEROXIDAÇÃO LIPÍDICA
METAIS
Quais são as fontes de EROs?
FONTES ENDÓGENAS
São produzidos em organismos AERÓBIOS tanto
em situações NORMAIS quanto PATOLÓGICAS.
Respiração
aeróbia Peroxissomos
Citocromo P-450
Inflamação
Mitocôndria
Mitocôndrias 90% do
oxigênio molecular
consumido pelos
organismos aeróbios
ATP produzido
durante o metabolismo
dos nutrientes
Estágio 1: moléculas combustíveis são
degradadas levando a formação de
Acetil- CoA.
Estágio 2: O acetil CoA entra no ciclo do
ácido citrico onde é oxidado
enzimaticamente.
A energia liberada das oxidações é
conservada nos transportadores de elétrons
reduzidos NADH e FADH2.
Estágio 3: As coenzimas são oxidadas e os
elétrons conduzidos por uma cadeia
transportadora de elétrons até o
oxigênio(aceptor final de elétrons ) que é
completamente reduzido a água . Durante a
passagem desses elétrons uma grande
quantidade de energia é liberada e
conservada na forma de ATP,:
Fosforilação oxidativa. Manter processos
vitais
Estágio da respiração celular
Principal fonte fisiológica de EROS.
Do O2 consumido na CR 95 a 98% é reduzido por 4e- a
H2O, através de etapas subseqüentes de reduções parciais
por um e-.
2 a 5% do O2 é reduzido de forma incompleta por um só
elétron, formando o radical superóxido.
Cadeia respiratória
2 a 5%
95 a 98%
Cadeia respiratória
Provável sítio de formação do radical O2.- devido
ao vazamento de elétrons a nível da coenzima Q, entre
o complexo I e complexo III da CR.
A evidências de formação de outras EROs: peróxido de
hidrogênio e radical hidroxila.
Camundongos nocautes para expressão de Cu,Zn-
SOD1sensível aos oxidantes;
Privados de Mn-SODmorrem 10 dias após o nascimento
Um adulto de 70 kg em repouso :
353 litros de oxigênio/dia =14,7 mol de oxigênio/dia
1% do oxigênio for reduzido para superóxido= 0,147
mol de superóxido/dia, ou 1,7 kg em um ano.
Dieta rica em calorias, Mitocôndrias e
radicais livres A energia que a célula precisa para
exercer as suas funções é retirada dos
nutrientes ingeridos
Enquanto houver nutrientes à
disposição ela continua a trabalhar e
produzir Radicais livres
Desgaste mitocondrial
Envelhecimento
ENVELHECIMENTO NORMAL consequência do acúmulo
em biomoléculas de lesões promovidas pelos EROS durante
o metabolismo normal.
OH.....
Responsável pela
detoxificação de drogas podem
converter-se em intermediários
reativos que iniciam a
peroxidação lipídica.
Catalisa reações que geram
O2.- mediante mecanismos
dependentes de NADPH.
Citocromo P450
Condições p/ formação de RL
envolve íons de metais de
transição, oxigênio e reações de
transferência de elétrons
Utiliza oxigênio para hidroxilação
de seus substratos aumentando
sua polaridade, com o fim de
torná-los mais solúveis e ajudar
na sua excreção.
-
Citocromo P450
Neutrófilos e macrófagos
combatem os
microorganismos invasores
pela síntese de ERO.
Possuem a enzima NADPH
oxidase, que reduz 100% do O
ao radical O2.- que em
presença de Fe2+ transforma-
se no radical OH.
Quando ativados por proteínas
específicas que sinalizam o
organismo invasor:
Aceleração do consumo de O2
“EXPLOSÃO RESPIRATÓRIA”
Fagocitose
Phox = “phagocyte oxidase”
Defesa contra invasores
Herbicidas;
Antibióticos;
Poluentes do ar;
Raios X, ;
Raios UV;
Cigarro;
Álcool;
Alimentos
FONTES EXÓGENAS
Radiação A incidência da radiação UV, raios X e gama produz o radical
OH. nas células da pele.
Papel importante na carcinogênese
EROs depletam os sistemas de defesa antioxidantes;
CIGARRO
Fumaça do cigarro mistura
complexa (4000 compostos)
Cada tragada produz cerca de
1014 EROs;
Radicais superóxido, hidroxila,
peróxido de nitrogênio,
oxigênio singlete, óxido nítrico,
radical alcoxila, peroxila,
peroxinitrito e dióxido de
nitrogênio.
A produção contínua de EROs durante os processos
metabólicos levou ao desenvolvimento de muitos mecanismos
de defesa antioxidante para limitar os níveis intracelulares e
impedir a indução de danos.
Os seres humanos só conseguem tolerar o oxigênio porque,
no processo evolutivo, nossos ancestrais desenvolveram
poderosos mecanismos que minimizam seus efeitos tóxicos.
Antioxidantes Neutralizam as EROs gerados pelo
metabolismo celular ou por fontes
exógenas, impedindo o ataque
sobre os lipídios, as proteínas e o
DNA, evitando a formação de
lesões e perda da integridade
celular.
•Os radicais livres se formam em condições fisiológicas
em proporções controladas por mecanismos de defesa
celular;
Em condições patológicas a produção de RL pode
aumentar substancialmente.
ESTRESSE OXIDATIVO
Estresse oxidativo = Estado de Desequilíbrio =
Doença
Pode resultar de
uma situação em
que ocorre uma
diminuição nos
níveis das defesas
antioxidantes, uma
elevada produção
de EROs ou uma
combinação de
ambos os fatores; EROs: O2
- , H2O2 , OH-
Antioxidantes
Esse quadro de estresse oxidativo pode causar danos a todas
as estruturas celulares, incluindo DNA, lipídios e proteínas;
Distúrbios do equilíbrio entre a formação e a remoção das
espécies reativas são importantes na patogênese de muitas
doenças, como por exemplo, no câncer, diabetes, Alzheimer,
Parkinson, hipertensão.
Biomarcadores de estresse
oxidativo
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PEROXIDAÇÃO LIPÍDICA
Cadeia de reações, que resulta deterioração oxidativa de
ácidos graxos poliinsaturados das membranas biológicas.
importante alvo para o ataque de EROs:
HO•, O2•-, •NO2, RO•, ROO
., íons Cu e Fe
H metilênicos bis-
alílicos que são mais
suscetíveis à
abstração por agentes
oxidantes
Uma vez determinado o carbono de um lipídio oxidado, esta
oxidação se propaga por toda a membrana por reações em
cascata, degradando os lipídeos em outras moléculas.
Radical de
lipídeo Radical
peroxila
Hidroperóxido
de lipídeo
Reação em cadeia: INICIAÇÃO, PROPAGAÇÃO E
TERMINAÇÃO
Processo promove grave alteração da membrana
celular, causando perda da fluidez, alteração da função
secretora e dos gradientes iônicos transmembrana;
Além disso, tem sido observada perda da seletividade
na troca iônica, com liberação do conteúdo de
organelas, levando à formação de produtos citotóxicos
(MDA) e até a morte celular;
Peroxidação Lipídica Oxidação dos lipídios pode ser avaliada pelo MDA (Malondialdeído)
- produto de quebra de hidroperóxidos de lipídeos)
Ensaio referido como substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico
(TBARS).
A sua condensação com o ácido tiobarbitúrico (TBA) forma produtos, que podem ser determinados por absorção no visível (532 nm) ou por fluorescência (λ exc= 515 nm e λem = 553 nm).
TBARS
Medida peroxidação
Ácidos graxos
Membranas
Alimentos
Vantagens:
o Plasma/Soro é adicionado o
TBA reage com MDA
em meio ácido e alta temperatura, cromógeno
róseo, medido espectrofotometricamente (532nm).
Proteínas
Macromolécula mais abundante
Catalisadores
Transportam e armazenam outras moléculas (O2)
Fornecem apoio mecânico e proteção imunitária
Controlam o crescimento e a diferenciação celular
Proteína Carbonil
Teste geral do dano oxidativo das
proteínas
Várias ROS atacam resíduos de
aminoácidos das proteínas
Histidina, arginina, lisina e
prolina
Produzir produtos com grupos
carbonil (destroi a estrutura da
proteína)
Proteína Carbonil
Método baseado na reação do
DTNB c/ o grupo carbonila
Espectrofotômetro a 370nm
Nmol/g de proteína
Quantificar Proteína total
DNA Radical hidroxila (OH.) ataca diferentes sítios do DNA .
Os radicais hidroxila atacam todas as posições do açúcar da
desoxirribose levando a quebras em uma ou nas duas fitas do
DNA.
Causa modificações e ruptura das ligações entre as bases
nitrogenadas, resultando em mutações, levando à senescência.
celular
Devido ao seu baixo custo e
versatilidade o Ensaio Cometa
tornou-se a técnica mais utilizada
na análise danos no DNA
Amplamente usado em
Genética Toxicológica, Nutrição,
Pesquisa e Potencial Uso no
Tratamento do Câncer.
Método de avaliar dano no DNA
Como é realizado? Eletroforese de células isoladas
As células, englobadas em gel e espalhadas sobre uma lâmina, são
submetidas a uma corrente elétrica como uma força
proporcionando a migração dos segmentos de DNA livres
resultantes de quebras, para fora do núcleo.
DOENÇAS RELACIONADAS COM OS RADICAIS LIVRES
Peróxidos lipídicos
Danos nas proteínas
Concentrações de nitrotirosina plasmáticas foram
normalizadas :
Antes da cirurgia 1.5 ± 0.4 nmol N-Tyr/mol Tyr
1 mês 2.8 ± 0.6 nmol N-Tyr/mol Tyr
6 months 1.0 ± 0.3 nmol N-Tyr/mol Tyr
24 months 0.7 ± 0.3 nmol N-Tyr/mol Tyr
INFARTO DO MIOCÁRDIO
Bagatini e cols. 2007
TBARS Proteína carbonil
Câncer do útero Diabetes
Peroxidação Lipídica
Proteína Carbonil- LEUCEMIA
HIPERCOLESTEROLEMIA
Duarte e cols. 2007
TBARS
Diabetes experimental X Resveratrol
Schmatz e cols. 2008
ACIDENTE VASCULAR CEREBRAL
Corrêa e cols. 2007
Proteína carbonil TBARS