Toxidade das espécies reativas de oxigênio e de nitrogênio

As reações dos radicais livres podem levar a formação de complexos com proteínas, glicoproteínas, purinas e pirimidinas, formação de produtos de oxidação de tióis, peróxidos lipídicos, polímeros, epóxidos, endoperóxidos e produtos de cisão como alquenais e hidroalquenais, que são citotóxicos (26,37).

Segundo Volko et al. (31), o radical OH• pode ser gerado através de uma variedade de mecanismos: a radiação ionizante provoca a decomposição da H2O,

resultando na formação de OH• e átomos de hidrogênio; também pode ser gerado por decomposição fotolítica de alquilhidroperóxidos e pela catálise de metais na reação de Fenton (35). Assim, a formação do radical OH• pela participação de outros radicais pode ser:

 A partir do radical ONOO•

 A partir do radical O2•− pela reação de Fenton;

 A partir da reação de radical O2•− com o HOCl, gerado por atividade

neutrofílica (26).

Torres (38) ressalta que o radical OH• é uma espécie oxidante muito instável, portanto tem um importante papel na iniciação da peroxidação lipídica retirando um átomo de hidrogênio dos ácidos poliinsaturados, com consequente produção de um radical lipídio. O radical L• reage com o oxigênio molecular, formando LOO• (Radical peroxila). Ao retirar hidrogênio de outro lipídio, o radical LOO• inicia a fase de propagação, já que há formação de um hidroperóxido de lipídio (LOOH•.) e outro L• reage com oxigênio e assim por diante. Na fase final, dois radicais reagem entre si e formam um não radical (Figura 2). O LOOH• pode sofrer outras reações, com consequente produção de alcanos e aldeídos de diferentes tamanhos, como por exemplo, o malonaldeído (MDA), utilizado como marcador de peroxidação lipídica (38).

LH Iniciação H2O OH L O₂ L OO Propagação LH L O2 L L - L Terminação L OOH outras reações íons metálicos MDA + outros aldeídos + alcanos

Figura 2. Esquema do Processo de Peroxidação Lipídica. O radical OH• é uma espécie oxidante muito instável, portanto tem um importante papel na iniciação da peroxidação lipídica retirando um átomo de hidrogênio dos ácidos poliinsaturados, com consequente produção de um radical lipídio. O radical L• reage com o oxigênio molecular, formando LOO• (Radical peroxila). Ao retirar hidrogênio de outro lipídio, o radical LOO• .inicia a fase de propagação, já que há formação de um hidroperóxido de lipídio (LOOH•.) e outro L•. reage com oxigênio e assim por diante. Na fase final, dois radicais reagem entre si e formam um não radical. O LOOH• pode sofrer outras reações, com consequente produção de alcanos e aldeídos de diferentes tamanhos, como por exemplo, o malonaldeído (MDA), utilizado como marcador de peroxidação lipídica (38). OH• radical hidroxila, O2

oxigênio molecular, LH lipídio, L• radical lipídico, H2O água, LOO •

radical peroxila, LOOH• radical hidroperóxido lipídico, MDA malondialdeído. Fonte: Augusto (39).

Quando o radical OH• é produzido próximo ao DNA pode reagir com as bases nitrogenadas e desorribonucleases do DNA provocando danos nestas ou ruptura na cadeia de DNA (17,29). Tem sido proposto que a extensão da cadeia de DNA quebrada pelo radical OH• é determinada pelas superfícies acessíveis dos átomos de hidrogênio da espinha dorsal do DNA (31).

O ânion O2•− é o mais comum e abundante radical existente nas células; a

sua força oxidante difere do local onde está dissolvido. Em água, o O2•− não é

muito reativo, atuando na captação de mais elétrons, por exemplo: podendo oxidar o ácido ascórbico (30).

Ácido ascórbico + O2•− + H+→ radical ácido ascórbico +H2O2

Em meio aquoso, atua mais frequentemente como agente redutor (30):

Fe 3+ +O2

•− _{→ Fe} 2+

Em meio aquoso, sua reação principal é a dismutação, na qual se produz uma molécula de peróxido de hidrogênio e uma molécula de oxigênio (17,28).

2O2 •−

+ 2H+ _____ H2O2 + O2

Ele também é uma base fraca cujo ácido conjugado, o radical hidroperóxido (HOO•) é mais reativo (17).

O2 •−

+ H+__________HOO•

O ânion O2•− é produzido na mitocôndria pela cadeia de transporte de

elétrons, pela enzima xantina oxidase, a qual catalisa a reação da hipoxantina a xantina e desta para ácido úrico (nestas etapas o oxigênio molecular é reduzido formando O2•−)

(31,34)

, e ainda pela enzima NADPH oxidase. Estima-se que 1 a 3% do oxigênio consumido é convertido em O2•−

(31,32)

. Durante o ¨burst¨ das células fagocíticas como: monócitos, macrófagos, leucócitos, ocorre a formação de O2•−,

na via metabólica catalisada pela NADPH oxidase, dando origem ao HOCL, que é um importante bactericida (31).

O ânion radical O2•− é capaz de inativar enzimas bacterianas como:

Escherichia coli dihidroxiacido dehidratase, aconitase, 6 fosfogluconato dehidratase (29). Além disso, o radical ânion radical O2•− possui a habilidade de

liberar Fe2+ das proteínas de armazenamento e de ferro-sulfoproteínas, taiscomo ferritina e aconitase (17,30,40), respectivamente. Também reage com o radical HO• produzindo oxigênio singlete (1O2) e com o óxido nítrico (NO•) produzindo

ONOO•(40).

O2•− + OH•________1O2 + HO•

NO• +O2 •−

_____ONOO•

A reação de dismutação espontânea ou catalisada enzimaticamente, bem como o metabolismo mitocondrial e a atividade de algumas enzimas (xantina,

urato, e aminoácidos oxidases) podem originar H2O2

(41)

. Enzimas como: xantinas oxidases, succinato desidrogenase, ácido graxo desidrogenase, lactato oxidase, urato oxidase, D-aminoacido oxidase podem gerar H2O2 diretamente

(31)

. Este é um agente oxidante fraco, porém oxida grupos tiol e alguns aminoácidos, podendo inativar enzimas (41).É difusível entre membranas e pode originar o radical HO•(41). O H2O2 pode regular a expressão gênica pelo remanejamento de uma

subunidade inibitória do gene citoplasmático de transcrição do fator nuclear NF-

kβ(26,31,33). O H2O2 em altas concentrações interfere na produção de ATP

(Adenosina Trifosfato), por induzir a oxidação de grupos sulfidrilas de enzimas glicoliticas (26). Seus alvos diretos incluem enzimas como: gliceraldéido 3 fosfato desidrogenase, cetoácidos como o piruvato e o oxaglutamato e grupos

heme(13,41).

O potencial tóxico de O2•− e de H2O2 envolve a formação do radical OH•

(26)

. O NO• pode interagir com o radical O2•−, originando o ONOO•

(36)

. A interação de ONOO• com proteínas resulta na formação de nitrotirosinas, devido à adição de um grupo nitro (NO2), esta reação pode ser catalisada por metais de

transição e SOD (28).

Uma vez que NO• é solúvel em solução aquosa, prontamente se difunde através do citoplasma e da membrana. O NO• tem efeitos sobre a transmissão neuronal, bem como sobre a plasticidade sináptica no sistema nervoso central. No meio extracelular, o NO• reage com o oxigênio e água para formar os ânions nitrato e nitrito (32,36).

A reação das EROs com os lipídios das membranas desencadeia um processo chamado peroxidação lipídica, que é uma reação em cadeia, representada pelas etapas de iniciação, propagação e terminação(9,17,41-45). Em decorrência da peroxidação lipídica, verifica-se alteração na estrutura e na permeabilidade da membrana celular, com perda de seletividade nas trocas

iônicas, com expansão do líquido intracelular e risco de ruptura das membranas das células e organelas, com morte celular (43).

As moléculas protéicas sofrem importantes alterações pela ação danosa das espécies reativas, ocorrendo clivagens de ligações com ou sem geração de fragmentos e ligações cruzadas, afetando a função de receptores, enzimas, transporte de proteínas, e até gerando novos antígenos, capazes de provocar uma resposta imune. Assim, contribuindo secundariamente para danos a outras moléculas: perda funcional das enzimas reparadoras e na replicação do

DNA(17,46).

A produção contínua de RL durante os processos metabólicos impôs ao organismo o desenvolvimento de mecanismos de defesa antioxidante, a fim de reduzir as concentrações intracelulares dos oxidantes e impedir a indução de danos, garantindoa homeosrase (47).

2.4.3. Não Radicais

O ácido hipocloroso (HOCl), peróxido de hidrogênio (H2O2), oxigênio

singlete (1O2) e ozônio (O3) não são radicais livres, não possuem elétrons

desemparelhados no orbital externo, mas podem facilmente conduzir reações de radicais livres em organismos vivos (27,29).

O 1O2 é a forma mais reativa do oxigênio no organismo humano, podendo

ser gerado pela absorção de energia térmica ou fotoquímica, provocando um rearranjo de elétrons (27,30). Complexas reações entre o ozônio e várias moléculas biológicas e a peroxidação lipídica também podem produzir 1O2

(31,48)

.

O 1O2 pode interagir com outras moléculas, quer transferindo a sua energia

de excitação ou combinando-se quimicamente. As metas preferenciais para as reações químicas são ligações duplas, por exemplo, em acidos graxos polinsaturados (PUFA) ou guanina em bases de DNA (33).

O 1O2 oxida biomoleculas como lipidios, proteínas, aminoácidos, ácidos

nucléicos, carboidratos e tióis (48). As proteínas são alvos importantes do 1O2, pois

estão presentes em altas concentrações nos sistemas biológicos e as cadeias laterais de seus aminoácidos possuem constantes elevadas de desativação total do 1O2

(48)

. O 1O2 pode ainda reagir com compostos fenólicos para formar

hidroperoxidienonas e com sulfetos, formando sulfóxidos (48).

O HOCL• é produzido a partir de oxigênio pelos neutrófilos, enzimas NADPH oxidase e mieloperoxidase, ONOO• e mesmo NO•. O HOCL• é considerado um potente oxidante e atua na atividade imunológica fagocitária (33).