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 

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Stress oxidativo – principais defesas antioxidantes enzimáticas

Superóxido dismutase (SOD):

Esta enzima, presente em quase todas as células, é uma defesa antioxidante muito importante, que causa a dismutação do anião superóxido em oxigénio e peróxido de hidrogénio. Apresenta várias isoformas (3 no ser humano), que diferem não apenas na sua localização intracelular, mas também no cofator que utilizam. Assim, a forma citosólica utiliza cobre e zinco como cofatores, sendo muitas vezes referida como Cu-Zn-SOD, ou SOD1. A forma mitocondrial utiliza manganês como cofator, sendo referida como Mn-SOD, ou SOD2. A forma extracelular, tal como a SOD1, também utiliza Cu-Zn-SOD, sendo referida como SOD3. A SOD1 é uma enzima dimérica, enquanto que a SOD2 e a SOD3 são tetraméricas. Mutações nos genes que codificam para as diferentes isoformas têm, normalmente, consequências muito graves para os indivíduos, o que revela bem a importância destas enzimas.

Catalase:

Esta enzima, presente nos peroxissomas das nossas células, tem um papel fundamental na dismutação do peróxido de hidrogénio em água e oxigénio (mais informações sobre esta enzima aqui). É uma enzima muito eficiente, e que impede que o peróxido de hidrogénio seja convertido em radicais livres através das reações de Fenton e de Haber-Weiss. É predominantemente tetramérica, utilizando grupos heme com ferro como cofator (um por cadeia polipeptídica).

Glutationa peroxidase:

Esta enzima é muito importante como defesa antioxidante contra peróxidos (orgânicos e inorgânicos). Convém destacar que numa situação de stress oxidativo, muitas vezes as nossas biomoléculas são convertidas em peróxidos. Portanto, esta enzima permite parar a cadeia de propagação de danos oxidativos. A sua atividade catalítica baseia-se na utilização da glutationa, uma molécula composta por 3 aminoácidos, com propriedades antioxidantes. Basicamente a enzima tira partido dessa propriedade, promovendo a oxidação da glutationa e impedindo assim a oxidação de outras biomoléculas. Ou seja, requer a presença de glutationa na forma reduzida, o que, por sua vez, necessita de magnésio e de NADPH.
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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!

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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…
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Stress oxidativo – Vantagens e desvantagens

Conforme já referido noutro post (mais informações aqui), o stress oxidativo resulta principalmente de um desequilíbrio entre moléculas potencialmente perigosas para as nossas células, as espécies reativas de oxigénio, e, moléculas protetoras da integridade oxidativa das nossas estruturas celulares. Quando esse desequilíbrio favorece as primeiras, ou desfavorece as segundas, temos a condição designada de stress oxidativo.

O stress oxidativo é o grande pilar da teoria do envelhecimento, pois apesar de nós termos várias defesas antioxidantes para nos proteger, há sempre espécies reativas de oxigénio que conseguem contornar essas defesas, causando danos, que se acumulam. Além disso, no caso dos fumadores, existe um stress oxidativo permanente, principalmente ao nível das células pulmonares, pois o fumo do tabaco contém grandes quantidades de espécies reativas de oxigénio (e espécies reativas de azoto, mas sobre essas não irei falar hoje), o que faz com as defesas antioxidantes existentes nos pulmões sejam incapazes de lidar totalmente com as agressões provenientes do fumo do tabaco.

Mas nem tudo são más notícias, pois a nossa bioquímica está cheia de exemplos onde até as situações/moléculas mais perigosas podem ser convertidas numa vantagem, pelo menos nalguns contextos… É o que se passa com o stress oxidativo! Apesar de ser uma situação potencialmente fatal para as células e, portanto, na maioria das vezes, ser uma situação que devemos evitar, existe uma altura onde o stress oxidativo é benéfico par ao nosso organismo. Estou a falar da resposta inflamatória…

De uma forma simples, quando existe um microrganismo invasor (ou outros tipos de estímulos), o nosso organismo deteta que alguma coisa não está bem, e dá início à resposta inflamatória. Um dos componentes celulares mais importantes da mesma são os neutrófilos, uma classe de glóbulos brancos. Uma das formas de atuação dos neutrófilos está relacionada com o contacto dos mesmos com microrganismos invasores. Em resposta a essa situação, os neutrófilos aumentam a sua taxa metabólica, e o motivo é simples: querem sobre-produzir espécies reativas de oxigénio, ou seja, querem induzir o stress oxidativo. Claro que se trata de um processo controlado, ou seja, a estimulação do stress oxidativo dá-se a um nível que ainda pode ser eficazmente eliminado pelas nossas defesas antioxidantes, mas a maior parte dos microorganismos já não vão ter essa capacidade. Ou seja, os neutrófilos induzem o stress oxidativo, a um nível ainda tolerado pela maioria das nossas células, mas não tolerado pela maioria dos microrganismos. Dessa forma, a invasão é controlada e, idealmente não causa danos significativos no nosso organismo.

Portanto, até o stress oxidativo pode ser vantajoso, desde que corretamente controlado. É mais um exemple notável de quão fascinante é o Mundo da Bioquímica… ;)

Stress oxidativo - Defesas antioxidantes

Recentemente fiz um post sobre o stress oxidativo (podem lê-lo aqui), no qual, naturalmente, dei algum destaque às espécies reativas de oxigénio. Ora bem, hoje vou falar dos “bons da fita”, ou seja, dos antioxidantes…

A palavra “antioxidante” é provavelmente a palavra que mais se ouve nos anúncios dos meios de comunicação social, seja no contexto alimentar, cosmético, etc. E, na realidade, nós podemos (e devemos!) garantir um aporte exógeno elevado de antioxidantes, pelo que se trata de um assunto importante em vários contextos. O que possivelmente menos pessoas sabem é que nós já temos vários antioxidantes internos. Sendo assim, podemos já dividir os antioxidantes em 2 categorias:

- antioxidantes exógenos, são aqueles que nós obtemos principalmente a partir da alimentação;

- antioxidantes endógenos, são aqueles que nós produzimos nas nossas células e que, em condições normais, estão sempre presentes nas mesmas.

Outra classificação possível é a seguinte:

- antioxidantes enzimáticos, que são enzimas que nós produzimos e que têm como função eliminar as espécies reativas de oxigénio. Por exemplo, existe uma enzima, designada por superóxido dismutase que catalisa a conversão de 2 aniões superóxido, que são radicais livres), numa molécula de peróxido de hidrogénio (que apesar de ser uma espécie reativa de oxigénio, não é um radical livre). Outro exemplo é a catalase (podem ler mais sobre esta enzima aqui), que converte o peróxido de hidrogénio em duas moléculas potencialmente inofensivas para as nossas biomoléculas, a água e o oxigénio.

- antioxidantes não-enzimáticos, que são moléculas que funcionam como antioxidantes porque reagem com as espécies reativas de oxigénio, promovendo a sua inativação. No fundo, são moléculas que “generosamente” se colocam na linha da frente da batalha contra os pró-oxidantes. Por isso, esses pró-oxidantes vão reagir com elas, promovendo a sua oxidação. Esta situação é benéfica, porque são os antioxidantes que acabam por ficar oxidados, poupando as nossas biomoléculas dos danos oxidativos. Estes antioxidantes não-enzimáticos têm muitas vezes na sua composição anéis benzénicos que estabilizam a presença de um possível eletrão desemparelhado, podendo também reagir uns com os outros para que os seus eletrões desemparelhados fiquem emparelhados. 

Dentro desta classe temos a glutationa, por exemplo, que é um antioxidante endógeno muito importante para os glóbulos vermelhos (e para outros tipos celulares…) e que reage com peróxidos, sofrendo oxidação. Quando sofre oxidação, dimeriza com outra glutationa oxidada. Também temos algumas moléculas que são antioxidantes exógenos, nomeadamente a vitamina C e a vitamina E, que são antioxidantes muito importantes para o nosso plasma e para as nossas membranas, respetivamente. Atenção que há muitas vitaminas que não têm função antioxidante, ou seja, esta característica não pode ser generalizada a todas as restantes. Existem também vários antioxidantes que, não sendo indispensáveis para o nosso metabolismo, contribuem para o seu bom funcionamento, pertencendo por isso à classe dos compostos bioativos da alimentação. Os flavonoides ou o licopeno do tomate são bons exemplos disso.

Portanto, se olharmos para as duas classificações, facilmente se percebe que os antioxidantes exógenos são sempre não-enzimáticos, e que os antioxidantes endógenos podem ser enzimáticos ou não-enzimáticos. Independentemente da classe onde se inserem, são moléculas extremamente importantes e se nós conseguirmos garantir um aporte adequado dos mesmos, seguramente que estaremos mais preparados para lidar com o stress oxidativo.