da aula - Instituto Girassol

30/08/2015
Estresse Oxidativo e
Interface com Doenças Crônicas
Karin Argenti Simon
[email protected]
VII Simpósio Internacional de Alergia Alimentar em Pediatria
IX Jornada de Atualização em Nutrição Pediátrica
2015
Evolução na História
 1954 – Gershman: Radicais livres seriam o princípio molecular do dano
por radiação e oxigênio
 1956 – Harman: Teoria do Envelhecimento por Radicais Livres
 1957 – Descoberta da glutationa peroxidase
 1969 – McCord e Fridovich: descoberta da atividade superóxido dismutase
 1973 – Babior: Produção de O2- por fagócitos
 1975-85 – Boveris, Cadenas, Turrens: Produção mitocondrial de O2 1985 – Sies: Definição do conceito de Estresse Oxidativo
 1988 – Ignarro e Furchgott: Identificação do NO como fator relaxante do
endotélio
 1991-98 – ERO ativam fatores de transcrição gênica NF-B e Nrf2/Keap1
e OxyR em bactérias - início Sinalização Redox
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Radicais Livres x Espécies Reativas
 Nem toda Espécie Reativa é quimicamente um Radical Livre
Radicais
Não Radicais
Ânion Superóxido (O2-)
Peróxido de Hidrogênio (H2O2)
Radical Hidroxila (HO)
Ácido Hipocloroso (HOCl)
Radical Peroxil (RO2)
Ozônio (O3)
Radical Alcoxil (RO)
Oxigênio singlete (1O2)
Óxido Nítrico (NO)
Peroxinitrito (ONOO-)
Fontes biológicas de ERO e ERN

Irradiação



Luz (fotosensibilizadores)
Raios X e 
Ultrassom

Autoxidação

Reação com metais de transição



Fenton e Haber-Weiss
Atividade enzimática







Hidroquinonas, flavinas, hemoglobina, glutationa e outros tióis, catecolaminas
Biotransformação de xenobióticos
Metabolismo peroxissomal de ácidos graxos
NADPH oxidase
Xantina oxidase
Ciclooxigenase
NO sintase
Fe3+ + •O2− → Fe2+ + O2
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH− + •OH
•O2- + H2O2 → •OH + OH- + O2
Cadeia de transporte de elétrons
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Mitocôndria
Produção de ERO mitocondrial
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Reações com biomoléculas

Peroxidação de lipídios



Dano a proteínas





Diminuição de fluidez da membrana
Produtos reativos (mutagênicos, inativação de enzimas)
Ataque direto de ERO e ERN (nitrotirosina)
Oxidação de grupos sulfidril, redução de dissulfetos
Ataque pelos produtos finais da peroxidação lipídica
glicosilação
Dano ao DNA (nuclear e mitocondrial)



Produção de bases modificadas (8-oxo-dG)
Quebra de fita
Adutos e reações cruzadas com outras moléculas
Respiração mitocondrial
Ativação de fagócitos
Aumento da pO 2
Drogas de ciclo redox
O2+
H2 O2
Algum
dano
direto
Fe
Autooxidações
(tióis, adrenalina)
Depleção de
NADH, GSH
Amplificação do dano
(inluindo
descompartimentalização
do Ca 2+)
Fe

HO
[Complexos reativos
ferro /radical O 2]
Dano direto
(DNA, lipídios, proteínas,
carboidratos)
Radicais Peroxil
Peroxides
Fe
Radicais alcóxi,
aldeídos citotóxicos,
gases hidrocarbonados
Fe
Polimerização a complexos
fluorescentes insolúveis
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Antioxidante
 Qualquer substância que, quando presente em baixas
concentrações comparadas às de um substrato
oxidável, atrasa ou previne significativamente a
oxidação daquele substrato
Enzimáticos e não enzimáticos
Antioxidantes enzimáticos
 Superóxido Dismutase
 CuZnSOD, MnSOD, FeSOD
O2- + O2- + 2H+ H2O2 + O2
 Catalase
 Hemeproteína
2H2O2  2H2O + O2
 Glutationa peroxidase
 Selenoproteína
2GSH + H2O2  GSSG + 2H2O
2GSH + LOOH  GSSG + LOH
 Glutationa redutase
GSSG + NADPH + H+  2GSH + NADP+
 Tioredoxina redutase: manutenção dos grupos tióis de
proteínas
 Dehidroascorbato redutase: recuperação do ascorbato
 Glicose-6-fosfato desidrogenase: manutenção do ambiente
redutor
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Antioxidantes não Enzimáticos








Ácido ascórbico (vit. C)
Ácido úrico
Tióis (glutationa, tiorredoxina)
Tocoferóis e tocotrienóis (vit. E)
Carotenóides (beta-caroteno,
licopeno)
Coenzima Q10
Compostos fenólicos (flavonóides)
Ácido lipóico
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Rede antioxidante Redox
-Tocopheroxyl-TocotrienoxylRadical
ROOH,
ROH
Lipid/Water
Interface
Vitamin E
Cycle
Ascorbate
-Tocopherol
-Tocotrienol
Vitamin C
Cycle
Thioredoxinox
Glutathione
Disulfide,
Lipoate
Thiol
Cycle
PUFA
TRX Reductase
GSH
Reductase,
Lipoamide
dehydrogenase
NAD(P)+ + H+
Glutathione,
Dihydrolipoate
Thioredoxinred
SemiAscorbyl
Radical
ROO•, RO•
NAD(P)H
Enzymes*
O2•– & other radicals
Dehydroascorbate
UVA, UVB, Ozone
* 1) Thiol transferase (glutaredoxin)
3) Protein disulfide isomerase
2) GSH-dependent dehydroascorbate reductase
4) Thioredoxin (TRX) reductase
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Afinal... estresse oxidativo é bom ou ruim???
Estresse Oxidativo
• Desbalanço no equilíbrio
pró-oxidante/antioxidante
em favor do primeiro,
levando a um potencial de
dano.
(Sies, 1985)
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Estresse Oxidativo
• Desbalanço no equilíbrio
pró-oxidante/antioxidante
em favor do primeiro,
levando a uma quebra na
sinalização redox e
consequente controle e/ou
dano molecular.
(Sies & Jones, 2007)
Augusto, O. Radicais Livres – Bons, maus e naturais. (2006)
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O Estresse Oxidativo apresenta
diferentes intensidades
Estresse
Oxidativo
Efeito
Alvo
Antioxidantes
envolvidos na
resposta celular
Resposta
Intenso
(patológico)
Dano oxidativo Macromoléculas
irreversível
celulares (proteínas,
DNA, lipídios)
GERAL
Sistemas
enzimáticos (SOD,
GPx, CAT)
Eventos não
programados
GSH (cosubstrato e
scavenger)
2. NECROSE
GSH, TRX
(mediadores de
sinalização celular)
Eventos
programados:
ESPECÍFICOS
Leve
(fisiológico)
Oxidações
reversíveis
Regulação de
transcrição
gênica
Fatores de
transcrição (NF-kB,
AP-1, p53)
1. Recuperação
1. Proliferação
2. APOPTOSE
Proteínas
regulatórias (TRX,
GST)
Traduzido de Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)
Dano a membranas biológicas
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Iniciação
Propagação
Produtos da
decomposição
Thiobarbituric Reactive
Substances (TBARS)
Beckman & Ames, 1998
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Regulando a transcrição gênica
Procariotos
Leveduras
Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)
Regulando a transcrição gênica –
eucariotos superiores
Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)
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Sinalização Celular
 Células respondem a estímulos externos transmitidos por
meio de vias de sinalização celular
 Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK): fosforilam
proteínas em resíduos de serina ou treonina
 Atividade controlada por fosfatases, que desfosforilam as
proteínas
 Várias isoformas resultam em respostas fisiológicas distintas
 ERK
 JNK
 p38
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Como ER modulam a sinalização?
 Ação direta (ex. PKCs)
 Ação indireta, inibindo a desfosforilação (mais comum)
 Inativação de proteína fosfatases pela oxidação de
resíduos essenciais de cisteína
 Reação reversível por tióis celulares
 Inativação transitória de fosfatases por ER pode ser
necessária para permitir uma resposta completa
 ER podem modificar o tamanho e duração de um sinal
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Trends Biochem Sci, 2003
Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)
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Estresse Oxidativo Crônico
Lushchak,V. Chemico-Biol Interact., 2014
Estresse Oxidativo e Asma
 Condição inflamatória crônica
 Aumento de ERO e ERN, oxidação e nitração de
proteínas importantes na resolução da inflamação
 Depleção de GSH – importância do selênio, cisteína e
vitaminas do complexo B (B2, B6 e B12) para síntese
Fitzpatrick et al. Antiox & Redox Signal, 2012
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Lee &Yang, Biochem Pharmacol, 2012
Estresse Oxidativo e Obesidade
 Estresse oxidativo sistêmico e no tecido adiposo – causa
e efeito
 Produção de ERO por NOX, mitocôndria e estresse
do RE
 ERO promove adipogênese por ativação de vias de
sinalização redox (insulina/IGF, ERK, PTP 1B) e
fatores de transcrição (C/EBPb, PPAR)
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Estresse Oxidativo e Hiperglicemia
crônica
 Hiperglicemia crônica gera um estresse redutivo, que
leva a um estresse oxidativo
 Excesso de NADH
 Aumento de formação de ERO mitocondrial
 Inibição da GAPDH
 Vias alternativas para a glicose – todas favorecem
produção de ERO
 Via poliol – consumo de NADPH
 Formação de metilglioxal e AGEs
 Produção de DAG e ativação da PKC
Yan, L. Journal of Diabetes Research, 2015
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Estresse Oxidativo e Diabetes 2
 Hiperglicemia crônica também é tóxica para as células b
do pâncreas
 Células b possuem baixa expressão e atividade das
enzimas antioxidantes (SOD, CAT e GPx), sendo
particularmente sensíveis a ERO
 Aumento de marcadores de estresse oxidativo em
pacientes – tratamento com antioxidantes geralmente
produz efeitos benéficos de proteção às células b in vivo
Valko et al., Int. J. Biochem. Cell Biol., 2007
Últimas observações
 O estresse oxidativo, em suas várias nuances e papéis
patofisiológicos, é um campo de estudo que ainda tem muito a ser
desvendado.
 A rede redox é composta de inúmeros componentes, passos
redundantes e pontos de regulação. Medições genéricas de
capacidade total antioxidante ou o uso de um único composto de
ação antioxidante pode não exercer o efeito desejado e levar a
conclusões enganosas.
 O conhecimento molecular específico de cada situação, fisiológica
ou patológica, é necessário para indicar os melhores alvos para
intervenções farmacológicas e tratamentos clínicos, e um conjunto
de ações pode ser necessário.
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