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30/08/2015
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Karin Argenti Simon
VII Simpósio Internacional de Alergia Alimentar em Pediatria
IX Jornada de Atualização em Nutrição Pediátrica
2015
Estresse Oxidativo e
Interface com Doenças Crônicas
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 Hidroquinonas, flavinas, hemoglobina, glutationa e outros tióis, catecolaminas
Reação com metais de transição Fenton e Haber-Weiss
Atividade enzimática Biotransformação de xenobióticos
Metabolismo peroxissomal de ácidos graxos
NADPH oxidase
Xantina oxidase
Ciclooxigenase
NO sintase
Cadeia de transporte de elétrons
Fe3+ + •O2− → Fe2+ + O2
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH− + •OH
•O2- + H2O2 → •OH + OH- + O2
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Reações com biomoléculas
Peroxidação de lipídios
Diminuição de fluidez da membrana
Produtos reativos (mutagênicos, inativação de enzimas)
Dano a proteínas
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
Drogas de ciclo redox2
O2
-
H O2 2
Algum dano
direto
Fe
Fe HO
[Complexos reativos
ferro /radical O ]2
Autooxidações
(tióis, adrenalina)
Dano direto
(DNA, lipídios, proteínas,
carboidratos)Depleção de
NADH, GSH
Amplificação do dano(inluindo
descompartimentalização
do Ca )2+
Radicais Peroxil
Peroxides
Fe
Fe
Radicais alcóxi,aldeídos citotóxicos,
gases hidrocarbonados
Polimerização a complexosfluorescentes 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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* 1) Thiol transferase (glutaredoxin) 2) GSH-dependent dehydroascorbate reductase
3) Protein disulfide isomerase 4) Thioredoxin (TRX) reductase
Vitamin E
Cycle Ascorbate
Semi-
Ascorbyl
Radical
Glutathione,
Dihydrolipoate
Thioredoxinred
ROOH,
ROH
Thiol
Cycle
Thioredoxinox
Glutathione
Disulfide,
Lipoate
UVA, UVB, Ozone
PUFA
O2•– & other radicals
NAD(P)H
NAD(P)+ + H+
ROO•, RO•
Vitamin C
Cycle
Lipid/Water
Interface
-Tocopheroxyl-
-Tocotrienoxyl-
Radical
-Tocopherol
-Tocotrienol
TRX Reductase
GSH
Reductase,
Lipoamide
dehydrogenase
Enzymes*
Dehydro-
ascorbate
Rede antioxidante Redox
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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
irreversível
GERAL
Macromoléculas
celulares (proteínas,
DNA, lipídios)
Sistemas
enzimáticos (SOD,
GPx, CAT)
GSH (cosubstrato e
scavenger)
Eventos não
programados
1. Recuperação
2. NECROSE
Leve
(fisiológico)
Oxidações
reversíveis
Regulação de
transcrição
gênica
ESPECÍFICOS
Fatores de
transcrição (NF-kB,
AP-1, p53)
Proteínas
regulatórias (TRX,
GST)
GSH, TRX
(mediadores de
sinalização celular)
Eventos
programados:
1. Proliferação
2. APOPTOSE
Traduzido de Filomeni et al., Cell Death and Differentiation (2005)
Dano a membranas biológicas
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Thiobarbituric Reactive
Substances (TBARS)
Iniciação
Produtos da
decomposição
Propagação
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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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.