RADICAIS LIVRES Frederico B. Ribeiro – AD2010 Monitoria de Bioquímica 2005/2 RADICAIS LIVRES Frederico B. Ribeiro – AD2010

HISTÓRICO 1969 - McKord and Fridovich: 02 HISTÓRICO 1969 - McKord and Fridovich: Descoberta da Superóxido dismutase e sugestão da existência de superóxido endógeno 1989 - Halliwell and Gutteridge: Surge a definição atualmente aceita para radicais livres (RLs)

03 DEFINIÇÃO Molécula que possui um ou mais elétrons ímpares (não-pareados) em sua órbita externa,... Espaço “vazio” Molécula estável RADICAL LIVRE

04 DEFINIÇÃO ...sendo uma molécula altamente instável, tendo uma vida média muito curta (medida em microssegundos) e tentando parear-se a qualquer preço (através do paramagnetismo), retirando elétrons, assim, de moléculas estáveis... Assim, trata-se de uma molécula destrutiva!!!

DEFINIÇÃO Representação dos orbitais mais externos: 05 RADICAL LIVRE MOLÉCULA ESTÁVEL composto “normal”: ESTÁVEL MOLÉCULA INSTÁVEL

06 O NOME ESTÁ CERTO??? Na verdade, RADICAL LIVRE não é o termo ideal para designar esses agentes reativos, pois alguns deles não apresentam elétrons desemparelhados em sua última camada. Como em sua maioria são derivados do metabolismo do O2, costuma-se utilizar o termo “espécies reativas do metabolismo do oxigênio” (ERMO) para se referir a eles.

ERMOs ERMOs & Radicais livres: peróxido de hidrogênio (H2O2) ácido hipocloroso (HClO) ozônio (O3) oxigênio singlet (1O2) + REATIVO, envolvido na defesa contra a infecção 07 superóxido (O2 · -) + COMUM radical hidroxil (OH ·) peroxil (ROO ·) alcoxil (RO ·)

DE ONDE VÊM??? FONTES EXÓGENAS: herbicidas; antibióticos; 08 DE ONDE VÊM??? FONTES EXÓGENAS: herbicidas; antibióticos; poluentes do ar; raios X; raios ultravioleta; cigarro; álcool; alimentos.

DE ONDE VÊM??? FONTES ENDÓGENAS: Enzima xantina desidrogenase/oxidase 09 DE ONDE VÊM??? FONTES ENDÓGENAS: São produzidos em organismos AERÓBIOS tanto em situações NORMAIS quanto PATOLÓGICAS Enzima xantina desidrogenase/oxidase Citocromo P-450 CADEIA RESPIRATÓRIA Relacionada com a produção de ácido úrico (endotélio de capilares da maioria dos tecidos) Relacionada com a ação antibactericida e com a fosforilação não-oxidativa de elétrons (principalmente na membrana do RE do hepatócito) ENERGIA

O OXIGÊNIO MAS... acaba gerando RLs!!! SEM ELE: 10 O OXIGÊNIO SEM ELE: PELO METABOLISMO ANAERÓBIO, O SALDO FINAL DE UMA MOLÉCULA DE GLICOSE É DE 2ATP COM ELE: PELO METABOLISMO AERÓBIO, O SALDO FINAL DE UMA MOLÉCULA DE GLICOSE É DE 38ATP MAS... acaba gerando RLs!!!

BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA 11 BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA *cada piruvato #MITOCÔNDRIA (dependente de O2) descarboxilação oxidativa glicólise 1 glicose 2 piruvatos *acetil-coA 2 ATP C.K. *1 NADH = 3 ATP NA C.R. *12 ATP (1 DIRETO E 11 NA C.R.) 2 NADH = 6 ATP NA C.R. #CITOSOL (independente de O2)

BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA 12 BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA Glicólise (diretamente e Através da C.R.) Glicólise: 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP (*citosol) 2 NADH2 x 3 ATP = 6 ATP (*na C.R. – mit.) Rendimento total da glicólise 8 ATP 1 Ácido pirúvico 1 acetil-coA: 1 NADH2 = 3 ATP Ciclo de Krebs: 3 NADH2= x 3 ATP = 9 ATP 1 FADH2 = x 2 ATP = 2 ATP 1 ATP (no próprio ciclo) = 1 ATP Rendimento total do Ciclo de Krebs 15 ATP e descarb. (x2 = 30 ATP) Descarboxilação e Ciclo de Krebs (diretamente e através da C.R. – ambos na mit.) Rendimento total da respiração aeróbica 30 ATP (ciclo e descarb.)+ 8 ATP (glicólise) = 38 ATP OU (duas maneiras de pensar) 2 ATP (citosol) + 36 ATP (mitocôndria) = 38 ATP

A CADEIA RESPIRATÓRIA prótons + elétrons + hidroxila = água metabólica A cadeia respiratória é a principal fonte de radicais livres 13 A CADEIA RESPIRATÓRIA prótons COMPLEXO I COMPLEXO III COMPLEXO IV + Substrato NAD FMN Coq elétrons 2 Citb 2 Citc1 2 cit c 2 cit aa3 + hidroxila COMPLEXO II = água metabólica Substrato FAD Devido à configuração eletrônica do oxigênio (muito eletronegativo), a hidroxila recebe os elétrons 1 de cada vez. Assim, até produzir a água, formam-se intermediários bastante reativos e, em 5% das vezes, esses compostos são desviados da cadeia, sendo nocivos...

A ADIÇÃO DOS ELÉTRONS E A FORMAÇÃO DA HIDROXILA 14 A ADIÇÃO DOS ELÉTRONS E A FORMAÇÃO DA HIDROXILA oxigênio (O2) 1 elétron = ânion superóxido (O2.-) + + Esse elétron provém, geralmente, do ferro e do cobre, componentes dos citocromos... 1 elétron ERMO + 2 prótons = ERMO peróxido de hidrogênio (H2O2) + 1 elétron = OH- + OH.

A FORMAÇÃO DA ÁGUA METABÓLICA 15 A FORMAÇÃO DA ÁGUA METABÓLICA OH- + 1 elétron = ÁGUA O OH. (radical hidroxila), que se formou junto com a o o íon hidroxila (OH-), é uma das espécies mais reativas que se conhece!!! O íon forma água e o radical pode atacar os compostos celulares... ÍON HIDROXILA = OH– RADICAL HIDROXILA = OH.

OUTRAS FONTES ENDÓGENAS 16 OUTRAS FONTES ENDÓGENAS

AÇÃO BACTERICIDA DOS LEUCÓCITOS 17 AÇÃO BACTERICIDA DOS LEUCÓCITOS Reação de Haber-Weiss + O2- O2 + OH- + OH.

ENZIMAS CICLOOXIGENASE E LIPOOXIGENASE 18 ENZIMAS CICLOOXIGENASE E LIPOOXIGENASE PROSTAGLANDINAS Ácido araquidônico TROMBOXANOS LEUCOTRIENOS PROSTAGLANDINAS = controle da pressão arterial, estimulação da contração da musculatura lisa, indução da resposta inflamatória inibição da agregação plaquetária

EFEITOS MICROSCÓPICOS (SOBRE OS LIPÍDEOS) 19 EFEITOS MICROSCÓPICOS (SOBRE OS LIPÍDEOS) Os radicais livres podem provocar a alteração dos componentes lipídicos da membrana, num processo chamando LIPOPEROXIDAÇÃO e a membrana perde suas funções (permeabilidade, transporte, etc.)

EFEITOS MICROSCÓPICOS (NAS PROTEÍNAS E ENZIMAS) 20 EFEITOS MICROSCÓPICOS (NAS PROTEÍNAS E ENZIMAS) Causam desnaturação, inativação, polimerização, etc., provocando diversas alterações no metabolismo celular Além disso, o lisossomo é afetado, e acaba liberando suas enzimas digestivas, provocando a MORTE CELULAR

EFEITOS MICROSCÓPICOS (NOS ÁCIDOS NUCLÉICOS) Os radicais livres têm íntima relação com mutação em gametas, causando diversas alterações cromossômicas, entre elas a síndrome de Down (trissomia do cromossomo 21) 21 EFEITOS MICROSCÓPICOS (NOS ÁCIDOS NUCLÉICOS) Causam modificações e ruptura das ligações entredas bases nitrogenadas, resultando em mutações, levando à senescência celular (ENVELHECIMENTO) Como se acredita que com a idade, vamos acumulando as mutações ocorridas em nosso organismo, diz-se que câncer em pessoas idosas é mais comum + PROTOONCOGENES ONCOGENES MUTAÇÕES CÂNCER GENES SUPRESSORES DE TUMOR -

E AINDA TEM GENTE QUE RECLAMA QUE A VIDA É CURTA!!! 22 E AINDA TEM GENTE QUE RECLAMA QUE A VIDA É CURTA!!! LISOSSOMO NÚCLEO X MEMBRANA PLASMÁTICA X X Com todas as nossas células sendo constantemente bombardeadas desse jeito desde que nascemos, como é que vivemos tanto tempo???

23 OH...

EFEITOS MACROSCÓPICOS 24 EFEITOS MACROSCÓPICOS NO SISTEMA RESPIRATÓRIO: Enfisema; Perfusão dos tecidos e conseqüente isquemia).

EFEITOS MACROSCÓPICOS 25 EFEITOS MACROSCÓPICOS NO SISTEMA NERVOSO: As proteínas defeituosas se aglomeram (lipofuscina com ceróide – composto não degradável: associada ao ENVELHECIMENTO) e interrompem o fluxo de material dentro da célula. Prejudica muito o SISTEMA NERVOSO (depende de fluxo intenso de NEUROTRANSMISSORES); Heat Shock proteins (HSP) podem impedir esse aglomeramento; Essa proteínas podem ser degradadas no lisossomo ou no proteossomo (marcadas com ubiquitina); Causam mal de Alzheimer, esclerose múltipla e doença de Parkinson.

EFEITOS MACROSCÓPICOS 26 EFEITOS MACROSCÓPICOS NO SISTEMA DIGESTÓRIO: Úlcera gástrica; Úlcera intestinal.

EFEITOS MACROSCÓPICOS Locais mais afetados: artérias com grande pressão (aorta e coronárias); às vezes nas cerebrais: AVC 27 EFEITOS MACROSCÓPICOS NO SISTEMA CARDIOVASCULAR: Aterosclerose (acúmulo de gorduras e de células nos vasos). macrófago digere (célula esponjosa) e se rompe RADICAIS LIVRES OXIDA O COLESTEROL LDL Forma placa gordurosa, que pode calcificar, causando obstrução vascular, isquemia e dilatação vascular.

DOENÇAS QUE GERAM RADICAIS LIVRES: 28 DOENÇAS QUE GERAM RADICAIS LIVRES: Diabetes: diabéticos tendem a produzir mais radicais livres; Artrite Reumatóide: doença auto-imune com grande produção de radicais livres, provocando lesão tecidual

29 EFEITOS BENÉFICOS São utilizados pelas células fagocíticas e citotóxicas para combater agentes estranhos e células tumorais (a própria radioterapia baseia-se na formação desses compostos através da ruptura de ligações covalentes)...

30 EFEITOS BENÉFICOS O óxido nítrico (NO) é formado, principalmente, pela ação da óxido nítrico sintetase. É extremamente importante para o nosso corpo (dilatação de vasos, sistema imunológico, etc.), e é um ERN (espécie reativa de nitrogênio) e, como tal, pode gerar stress oxidativo quando em excesso através dos íons nitrosônio (NO+) e nitroxila (NO-)

DEFESAS CONTRA OS RADICAIS LIVRES: OS ANTIOXIDANTES 31 DEFESAS CONTRA OS RADICAIS LIVRES: OS ANTIOXIDANTES Qualquer substância que retarda ou previne a deterioração, dano ou destruição provocados pela oxidação. Podem ser: Enzimáticos (endógenos); Não-enzimáticos (vitaminas – exógenas).

ANTIOXIDANTES ENZIMÁTICOS 32 ANTIOXIDANTES ENZIMÁTICOS 4 íons superóxido (O2.-) 4 prótons Pela ação da CATALASE no citosol (principalmente no PEROXISSOMO SOD 2 peróxidos de hidrogênio (H2O2) 2 O2 Pela ação da GPX nas mitocôndrias (raras vezes no citosol) pode ser convertido a água por 2 maneiras:

ANTIOXIDANTES ENZIMÁTICOS 33 ANTIOXIDANTES ENZIMÁTICOS A enzima GPX (glutationa peroxidase) reage a glutationa (que se oxida) com peróxidos, evitando que estes ataquem outros compostos celulares importantes.

34 SEM O NADPH NÃO DÁ... A enzima GPX utiliza o NADPH como substrato para sua reação. Logo: deficiência de glicose 6-P desidrogenase deficiência no ciclo das pentoses (deveria produzir NADPH) o organismo fica mais suscetível à ação danosa dos radicais livres não ocorre a reação da GPX ... Como não há o “poder redutor da célula” (glutationa), o ferro da hemoglobina é oxidado por um RL. A hemácia se hemolisa (já que ela não tem mais afinidade pelo oxigênio), e o excesso da bilirrubina (resultado da degradação da hemoglobina) se acumula na pele e na esclera: ICTERÍCIA

ANTIOXIDANTES NÃO-ENZIMÁTICOS: VITAMINA E (ALFA-TOCOFEROL) 35 ANTIOXIDANTES NÃO-ENZIMÁTICOS: VITAMINA E (ALFA-TOCOFEROL) Possui um grupo hidroxila “preso” ao anel de ressonância. Desse grupo hidroxila, se tira o elétron para estabilizar qualquer RADICAL LIVRE próximo, ficando, assim, “instável”; Vitamina lipossolúvel.

ANTIOXIDANTES NÃO-ENZIMÁTICOS: VITAMINA C 36 ANTIOXIDANTES NÃO-ENZIMÁTICOS: VITAMINA C ...O elétron que a vitamina E perdeu para o RADICAL LIVRE, é devolvido pela vitamina C (ácido ascórbico)... Mas, por que trocar uma vitamina “instável” por outra????? Porque a vitamina C é hidrossolúvel e, assim, é facilmente eliminada pelo organismo Então, para que tenham efeito antioxidante eficiente, as vitaminas C e E devem ser ingeridas conjuntamente...

ANTIOXIDANTES NÃO-VITAMÍNICOS: 37 ANTIOXIDANTES NÃO-VITAMÍNICOS: Compostos fenólicos: Ácidos fenólicos Flavonóides Antocianos Taninos Presentes nas uvas e nos vinhos; exercem significativos efeitos protetores e profiláticos nas reações oxidativas que envolvem a aterogênese e trombose. Em doses apropriadas (porque vinho também tem álcool, que é uma fonte exógena de RLs – ERMO alcoxil ), os vinhos possuem atividade varredora anti-radicais livres e regeneradora de antioxidantes

OUTROS MECANISMOS ANTIOXIDANTES 38 OUTROS MECANISMOS ANTIOXIDANTES Separação de espécies e sítios envolvidos na geração de radicais livres do resto da célula (COMPARTIMENTALIZAÇÃO CELULAR); Existem reparos aos danos feitos ao DNA; Os carotenóides eliminam o oxigênio singlet.

FONTES DE ANTIOXIDANTES 39 FONTES DE ANTIOXIDANTES VITAMINA C: frutas cítricas como laranja, limão, morango e em vegetais como brócolis, repolho, couve-flor, pimentão verde. VITAMINA E: germe de trigo, abacate, manteiga, sementes, brócolis, beterraba, folhas verdes e cereais integrais CAROTENÓIDES: cenoura, batata-doce, abóbora, papaia, manga, carambola, nectarina, pêssego , espinafre, brócolis, couve, agrião, nabo, mostarda, aspargo, ervilha, ameixa.

40 STRESS OXIDATIVO Ocorre quando os ERMOs são produzidos mais rápido do que são removidos pelos mecanismos de defesa das células. Os antioxidantes não conseguem ser eficientes o suficiente... Antioxi-dantes ERMOs

41 BIBLIOGRAFIA Ferreira, A.L.A.; L.S., Matsubara. Radicais livres: conceitos, doenças relacionadas, sistema de defesa e estresse oxidativo. Ass. Med. Brasil, 2002; 43 (1): 61-8 Murray, Robert K.; Granner, Daryl K.; Mayes, Peter W.; Rodwell, Victor W. - Harper: Bioquímica – 9ª ed. Marks DB, Marks AD, Smith CM. Basic Medical Biochemistry - A Clinical Approach. Lippincott Williams & Wilkins, 2004. Olszewer, Efrain - Radicais Livres em Medicina