Sistemas de Defesa Antioxidante e Espécies Reativas de Oxigénio

As espécies reativas de oxigénio (ERO) são formas de oxigénio parcialmente reduzidas ou ativadas — incluindo superóxido, peróxido de hidrogénio e o radical hidroxilo — produzidas como subprodutos do metabolismo aeróbico e por enzimas dedicadas. Os sistemas de defesa antioxidante são os mecanismos enzimáticos e de pequenas moléculas que limitam as ERO, reparam os danos que causam e mantêm o estado redox celular dentro de um intervalo funcional.

Definition

Espécies reativas de oxigénio são moléculas e radicais reativos derivados do oxigénio gerados durante o metabolismo; os sistemas de defesa antioxidante são os mecanismos enzimáticos e não enzimáticos coordenados que neutralizam estas espécies ou reparam o dano oxidativo, mantendo a homeostase redox.

Scope

Este tópico abrange as principais fontes de espécies reativas de oxigénio, a química que as torna prejudiciais, as defesas enzimáticas (superóxido dismutase, catalase, sistemas de glutationa e tiorredoxina) e os antioxidantes de pequenas moléculas que as neutralizam, e o conceito de stress oxidativo como um desequilíbrio redox. Trata estes aspetos como fundamentos bioquímicos que sustentam o estudo mais amplo dos antioxidantes dietéticos.

Core questions

• De onde vêm as espécies reativas de oxigénio na célula?
• Que sistemas enzimáticos e de pequenas moléculas as removem ou desintoxicam?
• Como o conceito de stress oxidativo se relaciona com a sinalização redox?
• Por que metais de transição como o ferro são importantes na química de radicais?

Key concepts

• Superóxido, peróxido de hidrogénio, radical hidroxilo
• Transporte de eletrões mitocondrial como fonte de ERO
• Superóxido dismutase, catalase, glutationa peroxidase
• Sistemas redox de glutationa e tiorredoxina
• Química de Fenton e catálise por metais de transição
• Dano oxidativo a lípidos, proteínas e DNA

Key theories

Stress oxidativo como desequilíbrio redox

O stress oxidativo é definido como uma perturbação no equilíbrio pró-oxidante / antioxidante a favor dos pró-oxidantes, levando a potenciais danos; o enquadramento enfatiza tanto o nível de ERO quanto a capacidade das defesas.

Sinalização redox

A produção controlada e localizada de espécies como o peróxido de hidrogénio serve como um mecanismo de sinalização reversível, de modo que as ERO têm papéis fisiológicos e patológicos.

Mechanisms

O transporte de eletrões mitocondrial liberta eletrões para o oxigénio, gerando superóxido, que é dismutado para peróxido de hidrogénio pela superóxido dismutase. O peróxido de hidrogénio é removido pela catalase e pelos sistemas de glutationa e tiorredoxina peroxidase; na presença de ferro ou cobre redox-ativos, pode, em vez disso, produzir o radical hidroxilo altamente reativo através da química tipo Fenton, que oxida lípidos, proteínas e DNA. Além da remoção, os sistemas de glutationa e tiorredoxina regeneram antioxidantes reduzidos e mantêm o estado redox dos tióis proteicos. Como algumas ERO atuam como moléculas de sinalização, as defesas modulam a sinalização redox em vez de a abolirem completamente.

Clinical relevance

O stress oxidativo está implicado mecanisticamente no envelhecimento e em muitas condições crónicas, e os marcadores de dano oxidativo são amplamente medidos na investigação biomédica. Esta entrada descreve a bioquímica subjacente para apoiar a interpretação de tal investigação; não fornece limiares de diagnóstico ou orientação de tratamento.

Evidence & guidelines

A compreensão das fontes de ERO e das enzimas antioxidantes baseia-se numa vasta literatura mecanicista e bioquímica; a perspetiva da sinalização redox moderou as expectativas anteriores de que o simples aumento dos níveis de antioxidantes é uniformemente protetor. Nenhuma orientação clínica é emitida aqui.

History

O reconhecimento de que o metabolismo do oxigénio produz radicais prejudiciais desenvolveu-se a partir da biologia dos radicais livres de meados do século XX e foi consolidado pela síntese da bioquímica dos radicais livres de Halliwell e Gutteridge. Trabalhos posteriores, incluindo relatos detalhados da produção mitocondrial de ERO e da sinalização redox, refinaram o modelo de dano simples para um que distingue o stress oxidativo prejudicial do controlo redox fisiológico.

Debates

As espécies reativas de oxigénio são principalmente agentes prejudiciais ou moléculas de sinalização?

Outrora vistas principalmente como subprodutos nocivos, as ERO são agora entendidas também como atuando como segundos mensageiros regulados, de modo que o campo debate como separar a sinalização redox fisiológica do stress oxidativo patológico.

Key figures

• Barry Halliwell
• John Gutteridge
• Wulf Dröge
• Michael P. Murphy

Seminal works

• droge-2002
• valko-2006
• halliwell-gutteridge-2015

Frequently asked questions

As espécies reativas de oxigénio são sempre prejudiciais?

Não. Em níveis elevados ou descontrolados, danificam lípidos, proteínas e DNA, mas em níveis baixos e regulados, espécies como o peróxido de hidrogénio atuam como moléculas de sinalização na função celular normal.

Quais são as principais defesas antioxidantes enzimáticas?

A superóxido dismutase converte superóxido em peróxido de hidrogénio, que é então decomposto pela catalase e pelos sistemas de glutationa e tiorredoxina peroxidase; estas enzimas trabalham em conjunto para limitar as espécies reativas de oxigénio.