Stress oxidativo – principais defesas antioxidantes não-enzimáticas

Além das nossas defesas antioxidantes enzimáticas (sobre asquais escrevi este post), também temos várias moléculas que, apesar de não serem enzimas, nos protegem contra o stress oxidativo.

Glutationa (GSH):

A glutationa é uma molécula formada a partir de 3 aminoácidos diferentes, a glicina, o glutamato e a cisteína. Este último aminoácido é o mais importante para o papel da glutationa como defesa antioxidante, mais concretamente, é o grupo tiol que existe na cadeia lateral da cisteína que confere propriedades antioxidantes (por isso é que muitas vezes se representa a glutationa com GSH). De uma maneira geral, a glutationa vai reagir com peróxidos ou com radicais livres, impedindo que estes causem oxidação das nossas biomoléculas. Como consequência, a glutationa vi sofrer oxidação. Quando tal acontece, uma glutationa oxidada reage com outra glutationa oxidada, formando um dímero (GSSG). Este dímero é não funcional do ponto de vista de defesa antioxidante, pelo que, para voltar a ser funcional, temn que sofrer redução, um processo que requer NADPH. A glutationa é uma das nossas principais defesas antioxidantes, sendo particularmente importante para os glóbulos vermelhos.

Vitamina E:

O nome vitamina E é, na realidade, um nome coletivo, que designa um conjunto de moléculas chamadas tocoferóis. Os tocoferóis são moléculas maioritariamente compostas por carbonos e hidrogénios, ou seja, são moléculas hidrofóbicas. Devido a isso, tendem a acumular-se nas membranas e nos depósitos de gordura. Apresentam na sua estrutura várias ligações duplas, que têm a capacidade de acomodar de forma mais ou menos estável eletrões desemparelhados. Portanto, reagem com radicais livres, transformando-se elas em radicais livres muito mais estáveis e, por isso, menos reativos. A vitamina E é a nossa principal defesa antioxidante membranar, sendo fundamental para manter a integridade da bicamada fosfolipídica e, consequentemente, a integridade das células.

Vitamina C:

A vitamina C é uma molécula chamada de ácido ascórbico. É uma vitamina hidrossolúvel, que além de ser muito importante para a síntese do colagénio, é também uma excelente defesa antioxidante. Tal como acontece com a vitamina E, também a vitamina C tem a capacidade de reagir com as espécies reativas de oxigénio, neutralizando-as e impedindo, dessa forma, que destruam algumas das nossas biomoléculas. No entanto, neste caso trata-se de uma defesa antioxidante solúvel em água, uma das principais do plasma e do meio extracelular.

Ácido úrico:

O ácido úrico é o produto final da degradação das bases azotadas purínicas, sendo, por isso, considerado um “resíduo metabólico” que é excretado na urina. No entanto, enquanto não é excretado o ácido úrico desempenha um papel muito importante como defesa antioxidante no nosso plasma. É mais um exemplo notável de como é possível tirar partido de um resíduo metabólico enquanto o mesmo permanece no nosso corpo.

Bilirrubina:

A bilirrubina é o produto final da degradação do grupo heme. Tal como acontece com o ácido ascórbico, apesar de ser um “resíduo metabólico”, tem propriedades antioxidantes. Neste caso trata-se de uma molécula essencialmente hidrofóbica pelo que, antes de ser excretada através da bílis, defende as membranas biológicas contra espécies reativas de oxigénio.

Termogenina

A termogenina (UCP1) foi a primeira proteína desacopladora a ser descoberta, no ano 1978. É uma proteína transmembranar presente na membrana interna das mitocôndrias.                    

Os desacopladores são substâncias que provocam a separação funcional entre a oxidação do NADH ou FADH2 e a fosforilação do ADP a ATP. No que concerne à sua função, é de salientar que as proteínas desacopladoras, neste caso a termogenina, fornecem uma via alternativa para os protões (H+) passarem do espaço intermembranar da mitocôndria para a matriz mitocondrial sem se relacionarem com a enzima ATP sintase (complexo F0F1). A energia do gradiente eletroquímico gerado não é direcionada para a síntese de ATP, mas sim para a produção de calor. Existem várias vias metabólicas que utilizam vários substratos (glucose e ácidos gordos) para reduzir transportadores de protões como o NAD+ e o FAD+, que após receberem estes protões, passam a ser denominados de NADH E FADH2, respetivamente. São exemplos destas vias a glicólise, ciclo de Krebs, e oxidação de ácidos gordos. Seguidamente, estes transportadores de protões serão o substrato da cadeia respiratória, onde através da sua oxidação há a produção de energia química sobre a forma de ATP (Adenosina Trifosfato). Este processo ocorre na matriz mitocondrial e consiste na transferência de protões ao longo de uma cadeia de transportadores que é constituída por 4 complexos. Estes protões atravessam a membrana interna de acordo com o gradiente de concentração através de proteínas transmembranares, passando para o espaço intermembranar; de seguida os protões vão retornar à matriz mitocondrial com o recurso a ATP-sintases que utilizam a energia deste transporte para sintetizar ATP a partir de ADP e Pi. O aceitador final dos protões depende de organismo para organismo, sendo que no caso dos seres aeróbios é o O2.                                                            

O tecido adiposo é classificado em dois tipos que apresentam distribuição, fisiologia, estrutura e patologia diferentes. Um deles é o tecido adiposo comum, amarelo ou unilocular (gordura branca), que quando as células estão completamente desenvolvidas, apresentam uma única gotícula de gordura que ocupa quase todo o citoplasma. O outro tipo é o tecido adiposo multilocular, também conhecido como gordura castanha, que apresenta adipócitos com numerosas gotículas lipídicas e muitas mitocôndrias, que lhe conferem a cor castanha.                   

Nos seres humanos, a gordura castanha só apresenta quantidades significativas nos recém-nascidos, com função auxiliar na termorregulação. Ao ser estimulado pela libertação da noradrenalina nas terminações nervosas abundantes em torno das suas células, o tecido adiposo multilocular acelera a lipólise e a oxidação de ácidos gordos. O calor produzido vai aquecer o sangue contido nos capilares do tecido multilocular e é distribuído pelo corpo, aquecendo os diversos órgãos. A atividade desta proteína é também estimulada em muitos animais aquando da sua hibernação.                                      A produção de termogenina é frequentemente estimulada quando consumimos uma refeição hipercalórica, sendo uma forma de gastar energia em excesso de modo a manter o balanço energético (e assim o peso corporal).

Texto escrito por:
Ângela Barbosa

Carla Rocha

Diogo Dinis

Diogo Assis

Marco Ferreira 

.

Stress oxidativo e envelhecimento

O stress oxidativo é o grande pilar da teoria do envelhecimento. Em jeito de brincadeira, digo muitas vezes nas minhas aulas que nós envelhecemos porque temos o péssimo hábito de passar toda a nossa vida a respirar oxigénio. Basicamente é o oxigénio que nos faz viver, mas também é ele que nos mata aos bocadinhos, ou seja, que nos faz envelhecer…

E qual é a relação entre o oxigénio e o envelhecimento? A resposta resume-se a duas palavras: stress oxidativo! Esporadicamente, há moléculas de O2 que se transformam em espécies reativas de oxigénio, sendo que a maioria é neutralizada pelas nossas defesas antioxidantes (mais informação sobre esse assunto aqui). No entanto, há sempre algumas espécies reativas de oxigénio que conseguem contornar as nossas defesas e, consequentemente, conseguem causar pequenos danos nalgumas das nossas biomoléculas. Apesar de esses danos não terem muito significado biológico, quando avaliados isoladamente, à medida que vamos envelhecendo, os mesmos vão-se acumulando, e esses danos cumulativos começam a traduzir-se pela perda de algumas funcionalidades. São exemplos a perda de maleabilidade da pele, a rigidez articular, a perda de capacidade sensorial, etc.

Sendo assim, tudo o que possa acelerar a nossa taxa metabólica tem potencial de nos fazer envelhecer mais rapidamente, pois aumenta a produção de espécies reativas de oxigénio. Neste contexto, é particularmente evidente o efeito que o stress emocional tem! Por exemplo, pessoas que estejam sujeitas a cargos e atividades de elevado stress, envelhecem a uma taxa muito superior à daqueles que têm uma vida muito mais relaxada.

Por último, gostaria de deixar claro que o stress oxidativo não é o único fator responsável pelo envelhecimento mas é, seguramente, um dos principais, por isso se queremos envelhecer de forma mais lenta, temos que garantir um adequado equilíbrio entre os pró-oxidantes e os anti-oxidantes!

.

Stress oxidativo e respiração celular

Durante a respiração celular, os eletrões são transferidos do NADH ou do FADH2, ao longo de 4 complexos proteicos existentes na membrana interna mitocondrial, até chegarem à molécula de O2 (podem ler mais sobre o assunto aqui). Na última etapa do processo, os eletrões são transportados um a um, ou seja, vão chegar ao oxigénio um de cada vez.

Esta situação, que pode parecer apenas um detalhe para muitos, tem, na realidade, implicações muito importantes para a nossa bioquímica, pois significa que todas as moléculas de O2 são, ainda que temporariamente, transformadas num radical livre, o anião superóxido. Isto significa que, literalmente, a cada instante estamos a produzir grandes quantidades de espécies reativas de oxigénio. No entanto, esta situação que é potencialmente muito perigosa, não tem, em condições normais, consequências dramáticas para as células, principalmente por 2 motivos:
1. Existem mecanismos que impedem que o anião superóxido se difunda do complexo 4, antes de estar completamente reduzido a água. Ou seja, forma-se o radical livre, mas permanece no local e rapidamente recebe outro eletrão, deixando de ser radical livre.
2. Como existem sempre alguns aniões superóxido que conseguem escapar ao primeiro mecanismo, temos outros mecanismos de defesa, sendo que, neste contexto, o mais importante é a presença de uma enzima mitocondrial designada por superóxido dismutase. Esta enzima, que também apresenta uma isoforma citosólica, vai provocar a dismutação do anião superóxido, convertendo duas dessas moléculas em peróxido de hidrogénio.
Claro que vão existir aniões superóxido que vão conseguir escapar também à superóxido dismutase, mas em condições normais são muito poucos. Além disso, ainda temos várias outras defesas antioxidantes à espera deles…
.

Stress oxidativo (considerações gerais)

Hoje decidi fazer um post sobre um tema muito importante, o stress oxidativo. Este assunto é muitas vezes referido nas aulas de bioquímica (e não só!) mas nem sempre fica claro para quem fala ou ouve falar, o que é que realmente representa.

A ideia é simples de compreender… Conforme eu digo muitas vezes nas minhas aulas, nós temos um péssimo hábito, que nos mata aos poucos, sem exceção: passamos uma vida inteira a respirar oxigénio. E essa molécula, tão importante para a nossa bioquímica, em particular para o metabolismo aeróbico, é que nos vai matando aos poucos, e nos faz envelhecer. E não tenham dúvidas, se não morrermos de acidente, ou de alguma doença, vamos morrer porque estivemos durante a nossa vida a respirar O2! :)

Então o que é que o oxigénio tem assim de tão perigoso? Basicamente nada, ou seja, a molécula em si é inócua para as nossas moléculas/células. O problema está na sua suscetibilidade para sofrer reduções parciais, ou seja, captar eletrões. Na realidade, nós estamos continuamente a formar as chamadas espécies reativas de oxigénio, que são essencialmente 3: o radical hidroxilo (radical livre), o anião superóxido (radical livre) e o peróxido de hidrogénio. Destas 3, as duas primeiras são mais agressivas, pois são radicais livres. Os radicais livres são moléculas que apresentam um eletrão desemparelhado (por isso é que são representadas com um pontinho preto, que é o tal eletrão desemparelhado). 

Os eletrões têm um grave problema, não gostam de andar sozinhos, e por isso vão procurar “companhia” na primeira molécula que lhe aparecer à frente, seja um lípido, uma proteína ou um ácido nucleico. Ou seja, as espécies reativas de oxigénios são moléculas altamente reativas, são agentes oxidantes poderosos, que vão reagir com as nossas biomoléculas, retirando-lhes um eletrão e alterando-as/destruindo-as. E o problema é que apesar do radical livre deixar de o ser quando capta um eletrão, a molécula com quem reage transforma-se num radical livre, dando origem a um processo destrutivo em cadeia.

Para contrariar esta situação, as nossas células têm várias defesas, os chamados antioxidantes. Portanto, o stress oxidativo surge quando nós temos um desequilíbrio entre os pró-oxidantes (espécies reativas de oxigénio e reações que as produzem) e os antioxidantes (processos que impedem a formação e/ou atuação dos pró-oxidantes), no sentido de favorecer os primeiros, ou desfavorecer os segundos.

Citocromo c e apoptose

Conforme referi num dos meus últimos posts, o citocromo c é uma proteína pequena, indispensável para a cadeia respiratória mitocondrial, pois funciona como um transportador de eletrões entre o complexo III e o complexo IV. Além desta função muito importante, o citocromo c é também um importante ativador da morte celular programada, ou apoptose; mais concretamente, é um ativador da via intrínseca da apoptose. Devido a este papel duplo, o citocromo c é muitas vezes classificado como “uma molécula central para a vida no nosso mundo de oxigénio, e, simultaneamente, uma chave que abre a porta para a morte”.

Apesar de a apoptose ser uma forma de morte celular, trata-se de um mecanismo fundamental para a homeostasia do nosso organismo. De facto, quando uma célula acumula danos irreparáveis (no DNA ou noutra biomolécula), quando é colocada num contexto no qual pode ser potencialmente prejudicial para as restantes células (escassez de nutrientes, destacamento das células vizinhas, privação de fatores de crescimento, infeção, leucócitos autorreativos, etc), ou quando está a mais no organismo (seleção natural de neurónios, por exemplo) tende a cometer suicídio – apoptose. Esta ideia óbvia, mas simultaneamente estranha, sugere algo que eu refiro muitas vezes nas minhas aulas, que é o facto de os seres multicelulares deverem ser considerados não como um ser vivo formado por muitas células, mas sim, como um ser comunitário, onde cada célula tem o seu papel, e vive em comunidade com as restantes.

A apoptose é um processo muito complexo, que envolve muitos mediadores diferentes e que, em última instância, leva à ativação de enzimas que promovem a auto-digestão celular. As caspases são uma classe de proteases que desempenha um papel fundamental na resposta apoptótica. Globalmente, estão definidos dois mecanismos de ativação da apoptose: a via intrínseca e a via extrínseca. A via intrínseca é também por vezes designada por via iniciada pelo citocromo c, pois esta proteína vai ser a protagonista no início da resposta apoptótica. São vários os estímulos que podem levar a libertação do citocromo c do espaço intermembranar para o citosol. Quando isso acontece, inicia-se a ativação das caspases. Em condições normais o citocromo c não abandona o espaço intermembranar, pois interatua com um glicerofosfolípido existente na membrana mitocondrial interna, a cardiolipina. A elevada densidade de cargas negativas deste fosfolípido atrai electrostaticamente as cargas positivas do citocromo c. Além disso, uma cauda hidrofóbica do lípido insere-se numa cavidade hidrofóbica da proteína, potenciando a interação entre ambas as moléculas. São os danos provocados na cardiolipina que podem fazer com que estas interações sejam destruídas, e o citocromo c libertado.

Uma vez no citosol, o citocromo c promove a libertação de cálcio armazenado no retículo endoplasmático, elevando a concentração do ião no citosol. Uma das funções do cálcio é a estimulação da libertação de mais citocromo c para o citosol, ocorrendo assim um loop de feedback positivo. Outra das consequências da presença de citocromo c no citosol é a ativação da caspase 9, que por sua vez ativa as caspases 3 e 7, e o destino da célula fica traçado – morrer por apoptose!