Estresse Oxidativo e Toxicidade por Radicais Livres

O estresse oxidativo é um desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio e as defesas antioxidantes que as neutralizam. Quando substâncias químicas alteram esse equilíbrio — gerando radicais livres, realizando ciclagem redox ou esgotando os antioxidantes — o excesso de espécies reativas danifica lipídios, proteínas e DNA, contribuindo para lesões celulares e uma ampla gama de efeitos tóxicos.

Definition

Estresse oxidativo é um distúrbio do equilíbrio redox no qual a geração de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio excede a capacidade antioxidante, levando a danos oxidativos de macromoléculas celulares.

Scope

Este tópico aborda como surgem as espécies reativas de oxigênio, como as substâncias químicas provocam o estresse oxidativo, os sistemas antioxidantes que o combatem e o dano molecular que ocorre quando as defesas são sobrecarregadas. É uma referência mecanicista dentro da toxicologia química, não um conselho clínico ou dietético sobre antioxidantes.

Core questions

• Como as substâncias químicas aumentam a produção de espécies reativas de oxigênio ou prejudicam as defesas antioxidantes?
• Quais alvos celulares — lipídios, proteínas, DNA — são danificados pelos oxidantes e como?
• Como os metais de transição e a ciclagem redox amplificam a lesão por radicais livres?
• Como a sinalização redox fisiológica se distingue do estresse oxidativo prejudicial?

Key concepts

• Espécies reativas de oxigênio e nitrogênio
• Superóxido, peróxido de hidrogênio, radical hidroxila
• Enzimas antioxidantes e glutationa
• Peroxidação lipídica
• Oxidação de proteínas e DNA
• Ciclagem redox
• Sinalização redox versus dano oxidativo

Key theories

Teoria do desequilíbrio redox do estresse oxidativo

A toxicidade surge quando as espécies reativas de oxigênio e nitrogênio superam as defesas antioxidantes, como superóxido dismutase, catalase, glutationa e glutationa peroxidase, permitindo que o dano oxidativo se acumule.

Geração de radicais catalisada por metais

Metais de transição redox-ativos, como ferro e cobre, impulsionam reações do tipo Fenton e Haber-Weiss que convertem o peróxido de hidrogênio em radicais hidroxila altamente reativos, ligando a exposição a metais ao dano oxidativo do DNA e dos lipídios.

Mechanisms

As espécies reativas de oxigênio formam-se continuamente como subprodutos da respiração mitocondrial e de reações enzimáticas, e em baixos níveis atuam como moléculas sinalizadoras. As substâncias químicas podem deslocar esse equilíbrio em direção à lesão por várias vias: compostos de ciclagem redox transferem elétrons para o oxigênio para gerar superóxido; o metabolismo de alguns xenobióticos produz radicais diretamente; e metais redox-ativos catalisam a formação do radical hidroxila altamente reativo a partir do peróxido de hidrogênio. Quando as defesas antioxidantes — superóxido dismutase, catalase, o sistema de glutationa — são sobrecarregadas, os oxidantes atacam lipídios poli-insaturados (peroxidação lipídica), oxidam resíduos de proteínas e danificam as bases do DNA. Esse dano altera a integridade da membrana, a função enzimática e a estabilidade genômica, e pode ativar vias de resposta ao estresse e de morte celular. A mesma química conecta o estresse oxidativo à lesão mitocondrial e à mutação genotóxica.

Clinical relevance

O estresse oxidativo está implicado na toxicidade de muitos medicamentos, metais e poluentes, e na fisiopatologia de doenças que variam da neurodegeneração ao câncer. Esta entrada descreve a química e a biologia subjacentes para referência; não recomenda suplementos antioxidantes ou tratamentos para indivíduos.

Evidence & guidelines

Os conceitos aqui apresentados baseiam-se em revisões bioquímicas e farmacológicas amplamente citadas sobre radicais livres e defesa antioxidante. Eles representam um entendimento mecanicista estabelecido, em vez de diretrizes clínicas, e o valor terapêutico da intervenção antioxidante permanece uma área de pesquisa ativa e não resolvida.

History

A ideia de que os radicais livres medeiam o dano biológico surgiu em meados do século XX e foi aprimorada pela teoria dos radicais livres do envelhecimento de Denham Harman e pela descoberta da superóxido dismutase, que provou que as células se defendem especificamente contra o superóxido. Décadas subsequentes esclareceram a química das espécies reativas de oxigênio, o papel dos metais redox-ativos e a natureza dupla dessas espécies como mensageiros sinalizadores e agentes de toxicidade.

Debates

As espécies reativas de oxigênio são principalmente prejudiciais ou também sinais essenciais?

Níveis baixos de espécies reativas de oxigênio regulam as funções celulares normais, portanto, o limite entre a sinalização redox fisiológica e o estresse oxidativo patológico não é nítido, complicando tanto a interpretação quanto a intervenção antioxidante.

Key figures

• Marian Valko
• Wulf Dröge
• Barry Halliwell

Seminal works

• valko-2007
• droge-2002
• valko-2006

Frequently asked questions

O que é estresse oxidativo?

É um desequilíbrio no qual a produção de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio excede as defesas antioxidantes da célula, permitindo que essas espécies danifiquem lipídios, proteínas e DNA.

Como as substâncias químicas causam estresse oxidativo?

Algumas substâncias químicas geram radicais livres direta ou indiretamente através da ciclagem redox, algumas são metabolizadas em espécies radicais, e metais redox-ativos catalisam a formação de oxidantes altamente reativos; todos podem sobrecarregar as defesas antioxidantes.