30/08/2015

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Karin Argenti Simon

karsimon.unifesp@gmail.com

VII Simpósio Internacional de Alergia Alimentar em Pediatria

IX Jornada de Atualização em Nutrição Pediátrica

2015

Estresse Oxidativo e

Interface com Doenças Crônicas

Evolução na História

1954 – Gershman: Radicais livres seriam o princípio molecular do dano

por radiação e oxigênio

1956 – Harman: Teoria do Envelhecimento por Radicais Livres

1957 – Descoberta da glutationa peroxidase

1969 – McCord e Fridovich: descoberta da atividade superóxido dismutase

1973 – Babior: Produção de O2- por fagócitos

1975-85 – Boveris, Cadenas, Turrens: Produção mitocondrial de O2-

1985 – Sies: Definição do conceito de Estresse Oxidativo

1988 – Ignarro e Furchgott: Identificação do NO como fator relaxante do

endotélio

1991-98 – ERO ativam fatores de transcrição gênica NF-B e Nrf2/Keap1

e OxyR em bactérias - início Sinalização Redox

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Radicais Livres x Espécies Reativas

Nem toda Espécie Reativa é quimicamente um Radical Livre

Radicais Não Radicais

Ânion Superóxido (O2-) Peróxido de Hidrogênio (H2O2)

Radical Hidroxila (HO) Ácido Hipocloroso (HOCl)

Radical Peroxil (RO2) Ozônio (O3)

Radical Alcoxil (RO) Oxigênio singlete (1O2)

Óxido Nítrico (NO) Peroxinitrito (ONOO-)

Fontes biológicas de ERO e ERN

Irradiação Luz (fotosensibilizadores)

Raios X e

Ultrassom

Autoxidação Hidroquinonas, flavinas, hemoglobina, glutationa e outros tióis, catecolaminas

Reação com metais de transição Fenton e Haber-Weiss

Atividade enzimática Biotransformação de xenobióticos

Metabolismo peroxissomal de ácidos graxos

NADPH oxidase

Xantina oxidase

Ciclooxigenase

NO sintase

Cadeia de transporte de elétrons

Fe3+ + •O2− → Fe2+ + O2

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH− + •OH

•O2- + H2O2 → •OH + OH- + O2

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Mitocôndria

Produção de ERO mitocondrial

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Reações com biomoléculas

Peroxidação de lipídios

Diminuição de fluidez da membrana

Produtos reativos (mutagênicos, inativação de enzimas)

Dano a proteínas

Ataque direto de ERO e ERN (nitrotirosina)

Oxidação de grupos sulfidril, redução de dissulfetos

Ataque pelos produtos finais da peroxidação lipídica

glicosilação

Dano ao DNA (nuclear e mitocondrial)

Produção de bases modificadas (8-oxo-dG)

Quebra de fita

Adutos e reações cruzadas com outras moléculas

Respiração mitocondrial

Ativação de fagócitos

Aumento da pO

Drogas de ciclo redox2

O2

-

H O2 2

Algum dano

direto

Fe

Fe HO

[Complexos reativos

ferro /radical O ]2

Autooxidações

(tióis, adrenalina)

Dano direto

(DNA, lipídios, proteínas,

carboidratos)Depleção de

NADH, GSH

Amplificação do dano(inluindo

descompartimentalização

do Ca )2+

Radicais Peroxil

Peroxides

Fe

Fe

Radicais alcóxi,aldeídos citotóxicos,

gases hidrocarbonados

Polimerização a complexosfluorescentes insolúveis

+

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Antioxidante

Qualquer substância que, quando presente em baixas

concentrações comparadas às de um substrato

oxidável, atrasa ou previne significativamente a

oxidação daquele substrato

Enzimáticos e não enzimáticos

Antioxidantes enzimáticos Superóxido Dismutase

CuZnSOD, MnSOD, FeSOD

O2- + O2

- + 2H+ H2O2 + O2

Catalase Hemeproteína

2H2O2 2H2O + O2

Glutationa peroxidase Selenoproteína

2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O

2GSH + LOOH GSSG + LOH Glutationa redutase

GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+

Tioredoxina redutase: manutenção dos grupos tióis de proteínas

Dehidroascorbato redutase: recuperação do ascorbato

Glicose-6-fosfato desidrogenase: manutenção do ambiente redutor

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Antioxidantes não Enzimáticos

Ácido ascórbico (vit. C)

Ácido úrico

Tióis (glutationa, tiorredoxina)

Tocoferóis e tocotrienóis (vit. E)

Carotenóides (beta-caroteno, licopeno)

Coenzima Q10

Compostos fenólicos (flavonóides)

Ácido lipóico

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* 1) Thiol transferase (glutaredoxin) 2) GSH-dependent dehydroascorbate reductase

3) Protein disulfide isomerase 4) Thioredoxin (TRX) reductase

Vitamin E

Cycle Ascorbate

Semi-

Ascorbyl

Radical

Glutathione,

Dihydrolipoate

Thioredoxinred

ROOH,

ROH

Thiol

Cycle

Thioredoxinox

Glutathione

Disulfide,

Lipoate

UVA, UVB, Ozone

PUFA

O2•– & other radicals

NAD(P)H

NAD(P)+ + H+

ROO•, RO•

Vitamin C

Cycle

Lipid/Water

Interface

-Tocopheroxyl-

-Tocotrienoxyl-

Radical

-Tocopherol

-Tocotrienol

TRX Reductase

GSH

Reductase,

Lipoamide

dehydrogenase

Enzymes*

Dehydro-

ascorbate

Rede antioxidante Redox

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Afinal... estresse oxidativo é bom ou ruim???

Estresse Oxidativo

• Desbalanço no equilíbrio pró-oxidante/antioxidante em favor do primeiro, levando a um potencial de dano.

(Sies, 1985)

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Estresse Oxidativo

• Desbalanço no equilíbrio pró-oxidante/antioxidante em favor do primeiro, levando a uma quebra na sinalização redox e consequente controle e/ou dano molecular.

(Sies & Jones, 2007)

Augusto, O. Radicais Livres – Bons, maus e naturais. (2006)

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O Estresse Oxidativo apresenta

diferentes intensidades

Estresse

Oxidativo

Efeito Alvo Antioxidantes

envolvidos na

resposta celular

Resposta

Intenso

(patológico)

Dano oxidativo

irreversível

GERAL

Macromoléculas

celulares (proteínas,

DNA, lipídios)

Sistemas

enzimáticos (SOD,

GPx, CAT)

GSH (cosubstrato e

scavenger)

Eventos não

programados

1. Recuperação

2. NECROSE

Leve

(fisiológico)

Oxidações

reversíveis

Regulação de

transcrição

gênica

ESPECÍFICOS

Fatores de

transcrição (NF-kB,

AP-1, p53)

Proteínas

regulatórias (TRX,

GST)

GSH, TRX

(mediadores de

sinalização celular)

Eventos

programados:

1. Proliferação

2. APOPTOSE

Traduzido de Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)

Dano a membranas biológicas

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Thiobarbituric Reactive

Substances (TBARS)

Iniciação

Produtos da

decomposição

Propagação

Beckman & Ames, 1998

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Regulando a transcrição gênica

Procariotos Leveduras

Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)

Regulando a transcrição gênica –

eucariotos superiores

Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)

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Sinalização Celular

Células respondem a estímulos externos transmitidos por

meio de vias de sinalização celular

Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK): fosforilam

proteínas em resíduos de serina ou treonina

Atividade controlada por fosfatases, que desfosforilam as

proteínas

Várias isoformas resultam em respostas fisiológicas distintas

ERK

JNK

p38

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Como ER modulam a sinalização?

Ação direta (ex. PKCs)

Ação indireta, inibindo a desfosforilação (mais comum)

Inativação de proteína fosfatases pela oxidação de

resíduos essenciais de cisteína

Reação reversível por tióis celulares

Inativação transitória de fosfatases por ER pode ser

necessária para permitir uma resposta completa

ER podem modificar o tamanho e duração de um sinal

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Trends Biochem Sci, 2003

Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)

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Estresse Oxidativo Crônico

Lushchak, V. Chemico-Biol Interact., 2014

Estresse Oxidativo e Asma

Condição inflamatória crônica

Aumento de ERO e ERN, oxidação e nitração de

proteínas importantes na resolução da inflamação

Depleção de GSH – importância do selênio, cisteína e

vitaminas do complexo B (B2, B6 e B12) para síntese

Fitzpatrick et al. Antiox & Redox Signal, 2012

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Lee & Yang, Biochem Pharmacol, 2012

Estresse Oxidativo e Obesidade

Estresse oxidativo sistêmico e no tecido adiposo – causa

e efeito

Produção de ERO por NOX, mitocôndria e estresse

do RE

ERO promove adipogênese por ativação de vias de

sinalização redox (insulina/IGF, ERK, PTP 1B) e

fatores de transcrição (C/EBPb, PPAR)

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Estresse Oxidativo e Hiperglicemia crônica

Hiperglicemia crônica gera um estresse redutivo, que

leva a um estresse oxidativo

Excesso de NADH

Aumento de formação de ERO mitocondrial

Inibição da GAPDH

Vias alternativas para a glicose – todas favorecem

produção de ERO

Via poliol – consumo de NADPH

Formação de metilglioxal e AGEs

Produção de DAG e ativação da PKC

Yan, L. Journal of Diabetes Research, 2015

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Estresse Oxidativo e Diabetes 2

Hiperglicemia crônica também é tóxica para as células b do pâncreas

Células b possuem baixa expressão e atividade das enzimas antioxidantes (SOD, CAT e GPx), sendo

particularmente sensíveis a ERO

Aumento de marcadores de estresse oxidativo em

pacientes – tratamento com antioxidantes geralmente

produz efeitos benéficos de proteção às células b in vivo

Valko et al., Int. J. Biochem. Cell Biol., 2007

Últimas observações O estresse oxidativo, em suas várias nuances e papéis

patofisiológicos, é um campo de estudo que ainda tem muito a ser desvendado.

A rede redox é composta de inúmeros componentes, passos redundantes e pontos de regulação. Medições genéricas de capacidade total antioxidante ou o uso de um único composto de ação antioxidante pode não exercer o efeito desejado e levar a conclusões enganosas.

O conhecimento molecular específico de cada situação, fisiológica ou patológica, é necessário para indicar os melhores alvos para intervenções farmacológicas e tratamentos clínicos, e um conjunto de ações pode ser necessário.