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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Mapa metabólico sobre as proteínas de superfície das células T citotóxicas

Insulina

A insulina é uma hormona polipeptídica produzida, armazenada e secretada nas células Beta dos ilhéus de Langerhans, no pâncreas. (Num corte histológico vê-se que ocupam a parte central). É uma hormona anabólica que actua ao nível do fígado, tecido adiposo e com influência no cérebro.

Esta proteína apresenta duas cadeias polipeptídicas, com 21 aminoácidos na cadeia A e 30 na cadeia B, unidas por ligações dissulfeto o que confere uma maior estabilidade e um correcto enrolamento. Começa a ser produzida na forma de pré-pro-insulina que, por acção da peptidase é sinalizada para formar a pro-insulina. Dá-se uma clivagem proteolítica do péptido C formando a insulina bioactiva de duas cadeias, sendo armazenada em grânulos secretores para posterior secreção da insulina (activa).

Tem como função primordial a regulação dos níveis de glicemia no sangue, face a situações de hiperglicemia. Deste modo, a glicose funciona como um sinal bioquímico que desencadeia a sua secreção. Assim, quando são absorvidos alimentos que contêm hidratos de carbono é metabolizada a glucose em ATP e este, por sua vez, desencadeia a secreção de insulina. Interacções proteína-proteína e fosforilações são utilizadas para transmitir o sinal. No tecido adiposo e no músculo, a ligação da insulina a receptores da membrana desencadeia o deslocamento de vesículas ricas em GLUT4 que se fundem com a membrana, aumentando a captação celular, sendo um transporte dependente de insulina.

Por outro lado, no fígado, a insulina ativa a enzima glicoquinase, que é responsável pela conversão de glicose em glicose-6-fosfato; garante uma concentração intracelular de glicose menor do que a concentração extracelular e, por conseguinte, um gradiente de concentração de glicose favorável à sua entrada nessas células, através do transportador GLUT-2, sendo fosforilada pela fosfoquinase antes de ser metabolizada pela glicólise, ciclo de krebs e pela cadeia respiratória para produzir ATP. Desta forma, após a ingestão de alimentos, a glucose é absorvida nos intestinos e é lançada na corrente sanguínea, fazendo com que as concentrações no sangue se elevem, levando a uma hiperglicemia transitória. O pâncreas liberta insulina no sentido de fazer baixar as suas concentrações, permitindo o consumo de glucose pelas células bem como estimular o armazenamento de glucose no fígado, sob forma de glicogénio; o fígado e o músculo metabolizam a glucose em triacilgliceróis, transportados como VLDL para serem armazenados no tecido adiposo, reservas úteis em situações de jejum. A transmissão do sinal cessa, terminada a refeição, por desfosforilação do receptor de insulina pela proteína-tirosina fosfatase.

Em síntese, a Insulina estimula a glicogênese, a síntese de ácidos gordos e a glicólise e inibe vias antagónicas: glicogenólise, a degradação de ácidos gordos e gluconeogénese hepática. Estimula também a síntese proteica. Tem acção sobre enzimas inerentes bem como efeitos na transcrição de genes. Atua, também em receptores específicos no hipotálamo para inibir o acto de comer, regulando assim a alimentação e a conservação de energia.

Os erros inatos do metabolismo das células beta podem produzir uma produção excessiva ou defeciente de insulina por mutações de genes (GCK), alteração do Kir 6.2 ou factores de transcrição da síntese de insulin,respectivamente. O aumento da glucose leva ao aumento da pressão osmótica, glicação de proteínas e a formação de espécies reactivas de oxigénio (EROS).

A Diabetes é a doença metabólica caracterizada pelo aumento de acúcar no sangue: Pode ser do Tipo I - na qual o organismo deixa de produzir insulina pela destruição das células B do pâncreas. É importante averiguar sintomas de polidipsdia, respiração com aroma frutado, níveis de glucose no sangue bem como em casos mais severos de cetonas; realizar exame de random, teste amilase no sangue para função pancreática, entre outros. As terapêuticas essenciais centram-se em insulinoterapia, reposição de líquidos, substituição de eletrólitos e alimentação cuidada. Por sua vez, no Tipo II, as células não produzem insulina suficiente para baixar a concentração de gucose ou existe uma condição de resistência à insulina. Adipócitos, miócitos e hepatócitos não respondem correctamente. Apresenta sintomas semelhantes ao tipo I porém mais graduais. É necessário realizar teste à glicemia em jejum e para níveis anormais prosseguir à investigação para curva glicémica; hemoglobina glicada, controlar consumo de álcool, etc.

Podem levar a complicações como retinopatia diabética; aterosclerose, nefropatia diabética; neuropatia; enfarte do miocárdio/AVC; infecções – leucócitos menos eficazes em hiperglicemia; hipertensão e oxidação de vasos sanguíneos. Ter em atenção a saúde oral (relação da quantidade de açúcar com bactérias). Actualmente existem no mercado vários fármacos que colmatam problemas com a insulina, bem como diferentes tipos de insulina injectável dependendo da causa da doença e do propósito de acção.

Texto escrito por:

Denilson Araújo
Prescília Sampa
Solange da Costa

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Carton sobre milagre científico

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… ;)

Mapa metabólico sobre a utilização de propionil-CoA

Hemoglobina

Para os animais superiores, os mecanismos de difusão simples nos fluídos corporais não são uma forma eficiente de suprir as necessidades de oxigenação dos seus tecidos e material celular. À razão área/volume destes seres vivos, junta-se o facto de o O2 ser uma molécula tendencialmente insolúvel, o que dificulta ainda mais o seu transporte. A solução passa então por proteínas transportadoras, associadas a eritrócitos – mioglobina e sobretudo hemoglobina, sobre a qual versam as linhas que se seguem. A hemoglobina é uma proteína oligomérica e de forma geral é uma metaloproteína constituída por cerca de 600 aminoácidos, organizados em 2 cadeias alfa e 2 cadeias beta emparelhadas entre si, numa estrutura globular quaternária. As quatro cadeias constituem a parte orgânica da molécula, e estão ligadas a grupos prostéticos heme (constituídos por um anel de porfirina e um metal de transição: Fe2+) que têm afinidade para as moléculas de O2 por causa da configuração electrónica. É o Fe2+ que assume esta função, sempre na sua forma ferrosa, sendo que a férrica – Fe3+ - não é capaz de ligar com O2 sendo ao mesmo tempo mais instável e propenso à formação de espécies reativas. Fe2+ possui 1 local de ligação para O2 e esta ligação como seria de esperar, é reversível, para permitir que o oxigénio seja transportado de onde e para onde é necessário. Desta ligação surge uma mudança de cor no sangue humano, de vermelho vivo quando se encontra na sua forma oxigenada, para um tom mais arroxeado na sua fase venosa. Algumas moléculas como CO2 e NO têm uma maior afinidade pelo grupo heme, “expulsando” as moléculas de O2 dos eritrócitos, o que explica a sua toxicidade para o organismo[1]. A porfirias são doenças genéticas relacionadas com a porfirina do grupo heme, temos como exemplos a porfiria aguda intermitente e a acumulação de uroporfirogénio I cada uma com sintomas específicos [2].
No que diz respeito ao transporte coordenado de O2, CO2 e H+, o mecanismo é o seguinte: O2 liga-se cooperativamente à hemoglobina (isto quer dizer que as ligações promovem mais ligações) e depois a afinidade da hemoglobina varia com o pH. Num ambiente ácido o H+ e CO2 provoca a libertação de O2 enquanto que num meio básico,  o O2 provoca a libertação de H+ e CO2. Isto é o efeito de BOHR (efeito recíproco): CO2 + H2O <-> HCO3- + H+
Os eritrócitos mortos libertam o grupo heme gerando: o Fe3+ (que é reciclado) e a bilirrubina (que é excretada no fígado). Esta última pode ter um efeito negativo se libertada no sangue, pois causa icterícia, ou um efeito positivo de antioxidante especialmente como antioxidante da membrana, porque recolhe dois radicais hidroperóxido, possuindo cerca de 1/10 da eficiência da vitamina C.

Texto escrito por:

Beatriz Ribeiro

Cláudia Campos