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.

Cartoon sobre radicais livres (2)

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.