LDL: da Síndrome Metabólica à Instabilização da Placa Aterosclerótica

334 Arq Bras Endocrinol Metab vol 50 nº 2 Abril 2006
RESUMO
A dislipidemia da síndrome metabólica (SM) confere elevado risco
cardiovascular e caracteriza-se por aumento dos triglicérides,
diminuição da HDL e alterações qualitativas da LDL, tornando-a mais
aterogênica, como a LDL pequena e densa. LDLs modificadas (LDLm)
foram detectadas in vivo no plasma e em placas ateroscleróticas. Uma
pequena porcentagem do total de LDLs plasmáticas apresenta maior
carga negativa na superfície [LDL(-)], sendo uma sub-população
heterogênea de partículas com maior poder de agressão ao endotélio.
Origina-se da oxidação, glicação ou outros processos que alteram sua
composição química, estando aumentada em indivíduos diabéticos,
hipercolesterolêmicos e naqueles com doença isquêmica cardíaca. A
LDLm, ao ser fagocitada pelo receptor scavenger do macrófago,
transforma-o numa célula espumosa e inicia uma reação imune-inflamatória.
A participação da LDLm no processo aterogênico continua até
a ruptura da placa e trombogênese, quando ela induz apoptose em
células endoteliais e musculares lisas, aumenta a produção de
metaloproteinases que digerem a matriz, fragilizando a cápsula, e
exacerba a inflamação que concorre para o desenvolvimento do
trombo. O aprimoramento dos ensaios laboratoriais para a LDLm
permitirá maior aplicabilidade clínica, melhorando o poder preditivo de
eventos cardiovasculares em relação ao perfil lipídico convencional e
demais fatores de risco presentes na SM. (Arq Bras Endocrinol Metab
2006;50/2:334-343)
Descritores: Lipoproteína de baixa densidade; Oxidação; Síndrome
metabólica; Aterogênese
ABSTRACT
LDL: From Metabolic Syndrome to Instability of the Atherosclerotic
Plaque.
The dyslipidemia of the metabolic syndrome (MS) confers an elevated
cardiovascular risk and is characterized by increased concentrations of
triglycerides, decreased HDL-cholesterol and qualitative alterations in LDL
which renders it more atherogenic, like the small dense LDL. Modified
forms of LDL (mLDL) have been detected in vivo in the plasma and
atherosclerotic plaques. A minor fraction of the total LDL has an electronegative
charge and is represented by a heterogenic subpopulation of
particles [LDL(-)], with higher potential to induce endothelial injury. It
could be derived from oxidation, glication or other processes that alter its
chemical composition and is increased in diabetic, hypercholesterolemic
subjects, and in those with established coronary artery disease. mLDL are
internalized by macrophages through scavenger receptors, originating
foam cells and inducing an immune-inflammatory reaction. In the
atherosclerotic process, the action of mLDL continues until plaque rupture
and thrombogenesis, when it promotes apoptosis in endothelial and
smooth muscle cells, and activates matrix metalloproteinases, weaken
the fibrous cap, and further enhance the inflammatory process that ends
revisão
LDL: da Síndrome Metabólica à
Instabilização da Placa Aterosclerótica
Antonela F.A. Siqueira
Dulcinéia S.P. Abdalla
Sandra R.G. Ferreira
Disciplina de Endocrinologia
(AFAS), Universidade Federal de
São Paulo – UNIFESP/EPM;
Faculdade de Ciências
Farmacêuticas (DSPA) e
Departamento de Nutrição da
Faculdade de Saúde Pública
(SRGF), Universidade de São
Paulo – USP, São Paulo, SP.
Recebido em 20/12/05
Aceito em 17/01/06
LDL na Síndrome Metabólica
Siqueira, Abdalla & Ferreira
Arq Bras Endocrinol Metab vol 50 nº 2 Abril 2006 335
in the thrombus formation. Development of new
laboratory methods is necessary to enhance the
clinical applicability of mLDL and the predictive
power of the conventional lipid profile and other
cardiovascular risk factors of the MS. (Arq Bras
Endocrinol Metab 2006;50/2:334-343)
Keywords: Low density lipoprotein; Oxidation;
Metabolic syndrome; Atherogenesis
ÉNOTÁVEL O ESPAÇO QUE A SÍNDROME metabólica
(SM) tem ocupado na literatura nas últimas
décadas. Isto ocorre por conferir aos seus portadores
um risco cardiovascular dos mais elevados e pelo fato de
reunir uma série de fatores ou condições de risco em
ascensão nas populações. O aumento da expectativa de
vida contribui para que tais fatores se tornem mais
freqüentes e, dessa forma, justifica considerar a SM
como uma grande preocupação em termos de saúde
pública. Entre esses fatores, agrupados sob o
denominador comum da resistência à insulina (RI),
estão a obesidade visceral, a intolerância à glicose, a
hipertensão arterial sistêmica, a hipertrigliceridemia e
os níveis baixos de HDL (lipoproteína de alta
densidade), sendo estes os parâmetros diagnósticos da
síndrome propostos pelo National Cholesterol
Education Program – Adult Pannel III – NCEPATPIII
(1). Outros especialistas e sociedades científicas
(2,3) também propuseram critérios diagnósticos, não
existindo, ainda, um conjunto deles que seja universalmente
aceito. Recentemente, a International Diabetes
Federation – IDF divulgou uma proposta que seria uma
“definição de consenso” (4), que valoriza a presença de
obesidade central dentre os critérios, diferenciando os
valores de circunferência da cintura segundo a etnia
(caucasóide, asiática não-japonesa e japonesa).
Apesar da fração LDL (lipoproteína de baixa
densidade) do colesterol circulante não constar dos
critérios, analisando mais profundamente as alterações
lipídicas nos estados de RI observa-se aumento no
número de partículas pequenas e densas desta lipoproteína
(LDLpd), reconhecidamente mais aterogênicas
do que as partículas maiores (5). Considerando
que a mortalidade destes indivíduos decorre dos eventos
aterotrombóticos, este estudo se propôs a revisar o
papel da LDL na patogênese da aterosclerose, assim
como a resgatar a participação desta partícula, desde as
primeiras modificações qualitativas que surgem na
vigência da SM, até o momento da instabilização da
placa e trombo-embolismo. Sendo amplo o espectro
de manifestações da SM, vários mecanismos, dentre
eles a glicação e o estresse oxidativo, atuam em intensidades
diversas para modificar as LDLs, comprometendo
sua remoção (clearance) da circulação e
aumentando seu potencial de agressão ao endotélio. O
entendimento das modificações nas lipoproteínas
circulantes é muito relevante para o planejamento
terapêutico destes indivíduos, podendo contribuir, em
conjunto com outras medidas, para a mudança no
quadro de morbi-mortalidade das populações de alto
risco para a síndrome.
Alterações lipídicas da Síndrome Metabólica
Para a compreensão do fenótipo lipídico aterogênico
presente na SM, é preciso inicialmente salientar a importância
da adiposidade visceral. O tipo de adipócito
que se encontra neste sítio tem intensa atividade lipolítica,
liberando grandes quantidades de ácidos graxos
livres (AGLs) na circulação portal e sistêmica. O fluxo
aumentado de AGLs no fígado resulta em diminuição
da captação hepática de insulina, inibindo sua ligação
ao receptor e sua degradação, causando hiperinsulinemia
sistêmica. Também pelo excesso de AGLs, há
redução na degradação da apolipoproteína B100
(ApoB100), causando maior secreção hepática de
VLDLs (lipoproteínas de densidade muito baixa) (6).
A proteína de transferência de ésteres de colesterol
(CETP) contribui para a remoção do colesterol
dos tecidos periféricos de volta ao fígado, e uma
condição pró-aterogênica se estabelece quando sua
ação está aumentada, como na RI: triglicérides (TGs)
são transferidos das VLDLs para as LDLs e HDLs em
troca de ésteres de colesterol. Então, a lipase hepática,
cuja atividade também está aumentada, hidrolisa as
LDLs e HDLs, gerando LDLpd, além de resultar em
hipertrigliceridemia e diminuição da HDL2, a subpopulação
de HDLs com maior atividade anti-aterogênica
no plasma (7,8).
Resumindo, o perfil lipídico da SM é caracterizado
por hipertrigliceridemia, diminuição das HDLs
e produção de LDLpd. Para fins diagnósticos, apenas
as concentrações séricas elevadas de TGs e baixas de
HDL fazem parte dos parâmetros sugeridos pelo
NCEP (1). No entanto, a LDLpd vem sendo apontada
como importante fator de risco para a doença isquêmica
cardíaca (9). O Quebec Cardiovascular Study,
usando eletroforese em gel de agarose para separar as
LDLs de acordo com o tamanho da partícula, verificou
que indivíduos portadores de LDL com diâmetro <
256,4 Å e concentrações plasmáticas de ApoB superior
a 120 mg/dl apresentavam risco cardiovascular marcadamente
elevado (10). Na mesma linha, os resultados
do Familial Atherosclerosis Treatment Study mostraram
que o preditor mais potente da regressão da estenose
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coronariana, induzida pelo tratamento agressivo dos
lipídios séricos, foi a diminuição da densidade das LDLs
e não a mudança nos níveis séricos da partícula (11).
A lipoproteína de baixa densidade
As lipoproteínas plasmáticas são partículas constituídas
por uma parte central de lipídios hidrofóbicos,
circundados por uma monocamada de lipídios polares
e apoproteínas. São sintetizadas e secretadas pelo fígado
(VLDL) ou intestino (quilomícrons), ou resultam
de transformações sofridas por estas partículas, como é
o caso da IDL (lipoproteína de densidade intermediária),
LDL e HDL. Têm duas funções principais: solubilizar
os lipídios no plasma e regular o movimento
destes em sua entrada e saída de células-alvo e tecidos
específicos. Classificam-se de acordo com sua densidade,
e a LDL encontra-se na faixa entre 1019 a 1063
g/ml (12,13).
A hidrólise da VLDL, catalisada pela lipase
lipoprotéica plasmática ou pela lipase hepática, remove
TGs destas partículas, formando inicialmente a
IDL e a seguir a LDL. Neste processo, ocorre simultaneamente
a transferência de apolipoproteínas para a
HDL, restando uma única molécula de ApoB100 na
superfície da LDL. Esta lipoproteína é a principal
transportadora do colesterol sérico (cerca de 70%
circula ligado a ela) e fornecedora deste lipídio para os
tecidos extra-hepáticos, por meio da sua ligação ao
receptor de LDL na membrana plasmática. Apresenta,
em média, 22 nm de diâmetro, sendo composta de
uma parte central com moléculas de colesterol
esterificado (35% da partícula) e de TGs (10%), ao
redor da qual há uma capa de colesterol livre,
fosfolipídios e apoproteínas. Sua principal apoproteína
é a ApoB100, mas também possui traços de Apo-E. A
meia-vida plasmática é de cerca de dois a três dias, e
seu clearance ocorre por meio da ligação das apolipoproteínas
com o receptor de LDL, principalmente
nos hepatócitos (75%), mas também em outros tecidos
extra-hepáticos (12,13).
A LDL na Síndrome Metabólica
Modificações na LDL nativa (LDLn)
As modificações na LDLn vêm sendo estudadas por
vários enfoques metodológicos, resultando em diversas
classificações e numa nomenclatura complexa para
expressar as diferentes alterações físico-químicas que a
partícula pode sofrer. A oxidação é um dos processos
de modificação mais estudados. Pode ser induzida in
vitro, por metais de transição como ferro e cobre (14).
A LDL assim oxidada apresentou características próaterogênicas,
o que despertou grande interesse sobre
sua existência in vivo. Identificou-se a presença de
LDL oxidada (LDLox) em placas ateroscleróticas
tanto em modelos animais como em humanos (15).
No entanto, teoricamente não seria encontrada
LDLox circulante, pois a LDLn estaria protegida pelos
antioxidantes plasmáticos, como a vitamina C.
Na década de 1980, numerosos investigadores
estudaram a LDLox in vitro. Henriksen e cols. verificaram
que, após a incubação da LDLn com células
endoteliais por 12 a 18 horas, a partícula resultante era
captada por macrófagos em cultura, 3 a 10 vezes mais
rapidamente que a LDLn (16). Células musculares
lisas exerciam efeito semelhante sobre a partícula (17)
e os próprios monócitos e macrófagos também podiam
induzir tais modificações (18). O processo era
decorrente da ação de espécies reativas de oxigênio
(ROS) e nitrogênio (RNS), liberadas das células, sobre
os ácidos graxos poliinsaturados da partícula, desencadeando
peroxidação lipídica. A ausência dos antioxidantes
plasmáticos para se contrapor às ROS tornava o
processo oxidativo da LDL in vitro mais intenso, nãofisiológico.
A LDL assim gerada apresentava as
seguintes características, quando comparada à LDLn:
• Aumento da carga negativa;
• Aumento da densidade;
• Conteúdo aumentado de lisolecitina, óxidos de
colesterol e hidroperóxidos lipídicos e conteúdo
diminuído de ácidos graxos poliinsaturados, como
conseqüência da oxidação de seus lipídios;
• Fragmentação da ApoB100;
• Atividade quimiotática para monócitos circulantes e
inibitória para a migração de macrófagos da parede
arterial para a circulação;
• Citotoxicidade aumentada;
• Menor taxa de captação pelo receptor da LDLn;
ávida captação pelos receptores scavenger dos
macrófagos (19).
Em estudos com a LDLox in vivo, foi sugerido
que o processo oxidativo ocorresse em microambientes
da parede arterial (na ausência de antioxidantes
plasmáticos) com posterior retorno da partícula
modificada à circulação (19). Atualmente se aceita que
uma pequena proporção de partículas seja modificada
ainda na circulação e que a oxidação continue após a
entrada da LDL na íntima das artérias, em ambiente
pró-oxidante (20). Durante a modificação oxidativa, a
parte protéica da LDL reage com produtos secundários
da lipoperoxidação, como, por exemplo, o malondialdeído
(MDA), formando MDA-LDL, cuja quantificação
tem sido usada para avaliar o estresse
oxidativo in vivo (21).
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A LDL, uma vez oxidada, tem aumento da
carga negativa na sua superfície. Em 1988, Avogaro e
cols. (22) isolaram, por cromatografia de troca
aniônica, uma fração da LDL do plasma de indivíduos
normolipidêmicos com maior carga negativa,
denominando-a de LDL eletronegativa, [LDL(-)], a
qual apresentava características semelhantes à LDLox.
Mas, convém assinalar que o pool de LDL(-) não é
formado exclusivamente por LDLox, mas também
origina-se de outros processos, como a glicação nãoenzimática,
o enriquecimento em ácidos graxos nãoesterificados
(NEFAs), modificações enzimáticas por
fosfolipases, reação cruzada com a hemoglobina e
outros mecanismos ainda não identificados (23).
A subfração de LDL(-) constitui-se em um pool
de partículas heterogêneas em tamanho e com tendência
a agregação, com conteúdo diminuído de fosfolipídios
e vitamina E, e aumento de colesterol livre e
proteínas, quando comparada à LDLn (22). Diferente
da LDL oxidada in vitro, a LDL(-) não apresenta fragmentação
da ApoB e outras alterações decorrentes de
uma oxidação excessiva. Esta observação deu origem ao
termo “LDL minimamente modificada” (LDLmm),
empregado por alguns grupos ao se referirem à LDL de
Avogaro (24).
Baseando-se em outras propriedades físicoquímicas
da partícula, como tamanho e densidade,
Austin e cols. (25) estabeleceram dois fenótipos principais
relacionados às LDLs: padrão A – LDLs grandes
e leves; e padrão B – LDLs pequenas e densas. Os
estudos clínicos e epidemiológicos que abordam a
relação entre presença de LDL modificada (LDLm)
com SM e aterogênese têm comumente empregado
esta classificação. A LDL(-) está contida na subfração
de LDLpd, podendo ser responsável pela maior
susceptibilidade à oxidação desta sub-população de
partículas (26).
Em recente revisão, Sánchez-Quesada e cols.
(23) ressaltaram o aumento da proporção da LDL(-)
no plasma de indivíduos com elevado risco cardiovascular,
como os portadores de diabetes mellitus
(DM), hipercolesterolemia familiar ou hipertrigliceridemia,
e também naqueles em hemodiálise ou com
doença coronariana estabelecida. Em população
diabética, observou-se maior proporção de LDL(-)
nos portadores de DM tipo 1 descompensado, quando
comparados a controles saudáveis. No entanto, a
estratificação em fenótipos A ou B foi semelhante
entre os grupos e a LDL dos indivíduos diabéticos
mostrou-se resistente à oxidação. Após três meses de
tratamento insulínico intensivo, a LDL(-) diminuiu de
19,0% para 13,8% (p< 0,05), porém não houve
mudanças no padrão fenotípico ou na susceptibilidade
à oxidação, sugerindo a glicação como geradora de
LDL(-) nestes pacientes (27). Neste processo há
conjugação não-enzimática da ApoB com a glicose, e
a partícula formada não é reconhecida pelo receptor de
LDL, mas sim por receptores scavenger (19). Portadores
de DM tipo 2 também apresentaram maior
proporção de LDL(-) em relação aos controles saudáveis
(19,0% versus 14,3%; p< 0,05); no entanto, estas
LDLs eram rapidamente oxidadas in vitro. Após otimização
do controle glicêmico, não se observaram mudanças
na porcentagem de LDL(-), sugerindo que a
oxidação, mais do que a glicação não-enzimática, está
relacionada à origem de LDL(-) nestes indivíduos (28).
Dessa forma, conclui-se que as LDLs são um
grupo heterogêneo de partículas que variam em
tamanho, densidade, composição química e carga elétrica,
e que várias classificações vêm sendo propostas
na tentativa de elucidar seu papel na aterogênese. Não
há estudos que enfoquem a relação da LDL(-) com a
SM, mas a presença de LDL fenótipo B no espectro de
anormalidades da síndrome já foi estabelecida tanto
em estudos caso-controle (9,25) como prospectivos
(5,10), mostrando associação consistente entre LDLpd
e doença isquêmica cardíaca. Porém, na prática clínica,
determinação qualitativa da LDLm – oxidada, eletronegativa
ou padrão B – não é habitualmente solicitada
devido a limitações técnicas e indisponibilidade na
rotina laboratorial. É provável que ela venha a acrescentar
poder preditivo de eventos cardiovasculares no
homem.
Destino metabólico da LDLm – receptores
scavenger
Por se tratar de células fagocíticas, os macrófagos têm
como função primordial a captação e neutralização de
antígenos não-próprios ao organismo. A remoção da
LDLm faz parte de sua função protetora precoce
durante a resposta inflamatória, minimizando também
os efeitos nocivos dos lipídios oxidados ao endotélio.
Porém, em contraste com a maioria das células onde a
expressão do receptor de LDL é regulada pelo
conteúdo intracelular de ésteres de colesterol, a
expressão dos receptores scavenger para as formas
modificadas da partícula nos macrófagos não é inibida
pela alta concentração de colesterol intracelular. A
manutenção de altas concentrações de LDLm culmina
com a formação das células espumosas, macrófagos
carregados de lipídios tóxicos, que exercem ação
inflamatória e induzem proliferação celular no espaço
sub-endotelial (29). Como a LDLox é imunogênica,
há produção de auto-anticorpos que formam
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imunocomplexos com a partícula modificada, os quais
são internalizados pelo receptor Fc gama dos
macrófagos, induzindo também a formação de células
espumosas (30).
Diversas classes de moléculas vêm sendo
identificadas nos macrófagos como receptores scavenger
para a LDLm. Alguns tipos não são exclusivos dos
macrófagos, como é o caso do receptor de LDLox
semelhante à lectina 1 (LOX-1), recentemente descrito
como uma glicoproteína de membrana encontrada
também em células endoteliais e células musculares
lisas (31).
O estudo do LOX-1 no processo aterosclerótico
vem sendo aprofundado, revelando achados
interessantes. Mediadores de inflamação, endotoxinas
bacterianas, angiotensina-II, força de cisalhamento de
fluxo e a própria LDLox aumentam a expressão do
LOX-1 no endotélio, sugerindo que ele possa estar
expresso localmente nas placas ateromatosas em
formação, onde há estímulos mecânicos e inflamatórios.
Dentre os ligantes para o LOX-1 estão lipídios
oxidados da LDL, e também células apoptóticas,
confirmando sua função de scavenger (31). A captação
de LDLox por meio do LOX-1 modula algumas
funções celulares. Ao promover estresse oxidativo em
células endoteliais, ativa o fator de transcrição nuclear
NFκB, cuja função é promover a transcrição de genes
pró-inflamatórios (32). Em cultura de células
musculares lisas, a internalização da LDLox induz
apopose celular, sendo possível que, in vivo, este
processo possa fragilizar a capa fibrótica da placa (33).
LOX-1 pode ser encontrado em forma solúvel no
plasma. Seus níveis circulantes elevados podem refletir
a atividade da doença aterosclerótica (31), mas ainda
não há estudos avaliando o papel do LOX-1 como
marcador de risco cardiovascular na SM.
Resposta imune à LDLm: geração de autoanticorpos
Crescem as evidências experimentais de uma participação
da imunidade adquirida no processo aterosclerótico.
Auto-anticorpos direcionados à LDLox foram
detectados no plasma de indivíduos com fatores de
risco ou doença cardiovascular estabelecida, e imunocomplexos
formados a partir destes com a LDLox
foram encontrados em placas de ateroma. Porém, o
papel deste sistema imune na origem e progressão da
doença aterosclerótica foi pouco estudado e a
importância dos anticorpos como marcadores de risco
cardiovascular ainda não-estabelecida (34).
As modificações sofridas pela LDL, mesmo
sendo sutis, transformam-na em uma partícula altamente
imunogênica. Fosfolipídios contendo ácidos
graxos poliinsaturados, após sofrerem modificações
oxidativas, ligam-se a resíduos de lisina na ApoB,
gerando neo-epitopos antigênicos, desencadeando,
dessa forma, uma resposta auto-imune. Em modelos
animais, títulos plasmáticos elevados de anti-LDLox
correlacionaram-se fortemente com idade (35) e dieta
rica em colesterol (36). Em humanos, anticorpos anti-
LDLox foram detectados no plasma tanto de indivíduos
com elevado risco cardiovascular (37) como em
populações aparentemente saudáveis (38). Salonen e
cols. relataram que títulos basais de anti-MDA-LDL
foram excelente preditor do aumento da espessura
íntima-média da artéria carótida, em um período de
dois anos, em população finlandesa de homens
saudáveis (39). Os estudos relacionando os anticorpos
anti-LDLox com doença cardiovascular, ou seus fatores
de risco, têm encontrado resultados conflitantes
(34). Cabe ressaltar que críticas à detecção da LDLox
baseiam-se no fato de que a oxidação da partícula
poderia ocorrer durante o processo analítico e, sendo
assim, a determinação dos seus auto-anticorpos seria
um indicador mais fiel do que ocorre in vivo (20).
Em indivíduos com DM tipo 1, Lopes-Virella e
cols. (37) encontraram relação inversa entre a presença
de anticorpos livres anti-LDLox no plasma e surgimento
de doença arterial coronariana (DAC). O
mesmo estudo mostrou correlação direta entre
imunocomplexos formados por estes anticorpos com a
LDLox e DAC. A formação destes imunocomplexos
parece ser importante no processo aterogênico de
indivíduos diabéticos, uma vez que sua captação por
receptores Fc gama específicos dos macrófagos induz
um massivo acúmulo de colesterol nestas células, e a
liberação de citocinas inflamatórias (30).
Estudos ligando a resposta imune à LDLox e o
risco cardiovascular conferido pela SM são muito
escassos. Até o presente, apesar de vários relatos sobre
anticorpos anti-LDLox presentes em indivíduos com
DM (37) ou com DCV (40,41), pouco ou nada se
pode dizer a respeito da formação de auto-anticorpos
como um dos mecanismos aterogênicos da SM.
Reação inflamatória à LDLm: produção de
citocinas
A aterosclerose é considerada uma doença imuneinflamatória,
na qual células imunocompetentes, tais
como monócitos/macrófagos e linfócitos T, estão presentes
em todos os estágios da lesão. A disfunção
endotelial, considerada como passo inicial na aterogênese,
caracteriza-se por uma resposta inflamatória da
parede vascular à injúria, ou seja, um conjunto de
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reações celulares e moleculares a diversos agressores,
dentre eles o aumento da concentração de LDL e a
presença de LDLm (29). Esta lipoproteína atua no
endotélio induzindo a expressão gênica do fator
estimulador de colônia de macrófagos e da proteína
quimiotática para monócitos 1 (MCP-1), estimulando
a replicação de macrófagos no espaço sub-endotelial e
recrutando mais células inflamatórias para a lesão em
formação (29). Ao captarem LDLm, os macrófagos
estimulam a proliferação de linfócitos T helper. Seguese
uma conversa cruzada entre estas duas populações
de células, cada qual produzindo citocinas específicas,
implementando o processo inflamatório crônico
característico da doença (34).
A produção de citocinas pelas células endoteliais
sob estímulo da LDLm foi demonstrada em
estudos in vitro. Sanchez-Quesada e cols. mostraram
que a LDL(-) em baixas concentrações induziu a
liberação de MCP-1 e interleucina 8 (IL-8) pelas
células endoteliais (42,43). Estas citocinas, por sua
vez, atraem respectivamente monócitos e linfócitos,
perpetuando o ciclo inflamatório. Os autores apontam
para a possibilidade de que, in vivo, uma pequena
quantidade de LDL(-) desencadeie resposta inflamatória
no endotélio, e que este efeito seja mais pronunciado
em indivíduos hipercolesterolêmicos, nos
quais a proporção de LDL(-) no plasma chega a ser
oito vezes maior que nos indivíduos normolipidêmicos
(43).
A bioatividade da partícula de LDLm, que
confere seu poder de agressão ao endotélio, depende,
em parte, de seu conteúdo de lipídios oxidados. A
quantidade de lipídios bioativos é regulada por
enzimas, entre as quais destaca-se a acetil-hidrolase do
fator ativador de plaquetas (PAF-AH) e a fosfolipase
A2 (PLA2), associadas à lipoproteína. A atividade da
PAF-AH é mais pronunciada na sub-população de
LDL(-) (44) e também nas LDLpd (20), sugerindo
um papel pró-aterogênico para a enzima. No entanto,
ao exercer sua ação, a PAF-AH hidrolisa fosfolipídios
oxidados, removendo o excesso de NEFAs oxidados
da partícula, teoricamente diminuindo seu potencial
inflamatório. Estudos in vivo com inibidores específicos
desta fosfolipase serão necessários para certificar
seu papel pró ou anti-inflamatório no processo aterogênico
(20,44).
É possível que a indução de citocinas pela
LDL(-), decorrente da ação dos seus lipídios oxidados,
ocorra através da cascata inflamatória dependente do
NFκB. Fosfolipídios oxidados, como a lisolecitina e o
ácido lisofosfatídico, induzem a expressão de genes
pró-inflamatórios em células endoteliais, ativando o
NFκB (20); os NEFAs, presentes em grande quantidade
na LDL(-), também são capazes de ativá-lo, atuando
como mediadores da inflamação (20), pelo fato de os
genes que codificam citocinas, como a MCP-1 e a IL-
8, conterem sítios de ligação para este fator de transcrição
(42). De fato, o NFkB em sua forma ativada foi
detectado em áreas ateromatosas (45). Sabendo-se que
a insulina apresenta propriedades anti-inflamatórias,
atribuídas em parte à sua capacidade de inibir a ação
do NFκB (46), pode-se supor que as vias inflamatórias
ativadas por ele possam ser um elo entre a oxidação
lipídica, inflamação e aterosclerose em estados de
resistência à insulina.
Citotoxicidade da LDLm
A indução direta de apoptose nas células endoteliais é
um dos mecanismos pelos quais a LDLox in vitro
revela efeitos pró-aterogênicos. Para esclarecer se a
LDL in vivo apresenta tais efeitos, Sevanian e cols.
isolaram a fração LDL(-) do plasma de macacos e
verificaram que ela exibe efeitos citotóxicos em cultura
de células endoteliais, não observados com a LDLn
(47). Outros pesquisadores também verificaram efeitos
citotóxicos exacerbados da LDL(-) em cultura de
células endoteliais de veia umbilical humana (48).
Recentemente, buscando elucidar os mecanismos próapoptóticos
da LDL circulante, Chen e cols. isolaram
cinco frações da LDL do plasma de indivíduos
hipercolesterolêmicos, de acordo com a carga elétrica
da partícula, denominando de L5 a fração mais eletronegativa.
A subfração L5, moderadamente oxidada,
promoveu a apoptose de células vasculares através da
supressão da transcrição do fator de crescimento de
fibroblastos tipo 2 (FGF-2), peptídeo promotor da
sobrevivência celular (49).
Desenvolvimento e instabilização da placa
aterosclerótica – papel da LDLm nos eventos
cardiovasculares agudos
Desde a disfunção endotelial até a ruptura de lesões na
parede vascular, pode-se observar a participação ativa
da LDLm como um agente pró-aterogênico. Inicialmente,
os lipídios oxidados da partícula atuam como
agressores ao endotélio e a resposta compensatória à
injúria altera sua homeostase. A primeira lesão observada
na parede arterial é a estria gordurosa, composta
principalmente de macrófagos, transformados em
células espumosas após a internalização da LDLox.
Esta reação inflamatória busca inicialmente combater
os agentes agressores, mas, se não for capaz de
neutralizá-los por completo, pode continuar indefinidamente
(29).
LDL na Síndrome Metabólica
Siqueira, Abdalla & Ferreira
340 Arq Bras Endocrinol Metab vol 50 nº 2 Abril 2006
A seguir, as células musculares lisas começam a
migrar da camada média para a íntima, se proliferam e
secretam colágeno, dando origem à lesão intermediária.
Nesta fase, o espessamento da íntima provoca o
remodelamento, ou seja, uma dilatação da artéria
compensatória ao estreitamento do lúmen. Mais uma
vez, sob o estímulo da LDLox, entre outros, as células
do sistema imune local liberam enzimas, citocinas e
fatores de crescimento que podem induzir necrose
focal. Ciclos repetidos de acúmulo e ativação de células
mononucleares, migração e proliferação das células
musculares lisas com produção de colágeno, levam ao
aumento progressivo da lesão, até que se estruture uma
capa fibrosa ao redor de um núcleo lipídico e de tecido
necrótico, a chamada lesão avançada. Quando a artéria
já não consegue se dilatar adequadamente, a lesão
pode então alterar o fluxo sanguíneo, manifestando-se
clinicamente por síndromes coronarianas estáveis (29).
O excesso de células espumosas no core lipídico
torna a placa mais frágil, sendo que uma fratura na
capa fibrosa, com conseqüente formação de trombo,
pode complicar a lesão avançada, sendo considerada a
principal causa de eventos cardiovasculares agudos.
Esta capa fibrosa sofre remodelamento dinâmico e
contínuo, sendo que o balanço entre os processos de
síntese e degradação dos seus componentes é controlado
por mediadores inflamatórios, liberados em parte
como resposta à LDLox. As citocinas podem induzir a
expressão de metaloproteinases da matriz extracelular,
enzimas que digerem as fibras de colágeno e elastina,
fragilizando a capa da lesão (50). Macrófagos em cultura,
tratados com LDLox, exibiram aumento na expressão
da metaloproteinase tipo 9, assim como redução
da expressão do inibidor tissular desta enzima (51).
Outro ponto de interesse é a população de
células musculares lisas da placa. Sítios de trombose
fatal onde as placas se rompem por falha mecânica,
tipicamente têm poucas células musculares lisas. A
morte destas células, responsáveis pela manutenção e
reparo da matriz extracelular, pode ser desencadeada
por estímulos inflamatórios locais (50). Comentamos
previamente que a captação de LDLox por receptores
scavenger das células musculares lisas induz a apoptose
celular (33), implicada na desestabilização e tendência
à ruptura da lesão aterosclerótica. Cabe ressaltar que os
eventos aterotrombóticos são mais comuns em
bifurcações arteriais, onde o turbilhonamento do fluxo
sanguíneo confere maior estresse mecânico, facilitando
o rompimento das placas instáveis.
Uma minoria dos eventos agudos decorre de
erosão da superfície do endotélio. Neste caso, são as
células endoteliais que sofrem apoptose sob estímulo
inflamatório, ou secretam proteinases estimuladas pela
LDLox, favorecendo a lesão da íntima. Nestas circunstâncias,
o desequilíbrio entre as propriedades prótrombóticas
e fibrinolíticas do endotélio favorece a
trombogênese. As células endoteliais expressam fator
tissular pró-coagulante e aumentam a produção do
inibidor do ativador do plasminogênio (PAI-1). O
processo inflamatório presente no endotélio da lesão
aterosclerótica diminui sua produção de óxido nítrico
(NO); adicionalmente, as ROS podem neutralizar seu
efeito vasodilatador provocando vasoespasmo, ou
diminuir sua ação antiinflamatória na via do NFκB, ou,
ainda, inibir seus efeitos anti-agregação plaquetária.
Conjuntamente, estas ações concorrem para o desenvolvimento
do trombo no ateroma sob estresse oxidativo
(50). A figura 1 esquematiza a instabilização e
trombose da placa aterosclerótica.
A presença da LDLox associa-se à vulnerabilidade
das placas ateroscleróticas. Estudo envolvendo
pacientes coronariopatas encontrou níveis séricos de
LDLox mais elevados nos portadores de infarto agudo
do miocárdio do que naqueles com angina instável ou
estável, correlacionando-a com a gravidade do quadro
(52). Na mesma linha, altas concentrações de LDLox
no plasma ou na placa de pacientes submetidos à
endarterectomia carotídea associaram-se à tendência à
ruptura das lesões (53). Outros autores encontraram,
ainda, aumento nos níveis de LDLox e de seus
marcadores – o anti-LDLox e imunocomplexos anti-
LDL/LDLox – na síndrome coronariana aguda,
refletindo uma possível liberação da LDLox na circulação
e uma resposta imune exacerbada (54). Dessa
forma, é provável que estas determinações possam se
Figura 1. participação da LDL modificada na instabilização
e trombose da placa ateromatosa
LDL na Síndrome Metabólica
Siqueira, Abdalla & Ferreira
Arq Bras Endocrinol Metab vol 50 nº 2 Abril 2006 341
tornar úteis no diagnóstico de eventos cardiovasculares
agudos. No contexto da SM, a LDLox foi, ainda,
pouca explorada e mais estudos são desejáveis para
fixar seu papel como marcador de risco cardiovascular.
Considerações finais
Apesar dos avanços no estudo do perfil lipídico, a LDL
continua sendo um dos principais fatores de risco
cardiovascular e o mais amplamente utilizado. No entanto,
uma das limitações do emprego desta lipoproteína
refere-se ao fato de que o aumento da sua
concentração sanguínea não é suficiente para explicar a
ocorrência de síndromes agudas. Isso denota que as
alterações qualitativas da partícula, ou seja, sua
composição química e seu poder de agressão à parede
arterial, têm importância fundamental para o entendimento
de tais eventos. A presente revisão resgatou o
conhecimento sobre a participação da LDL, desde as
primeiras modificações ocorridas na vigência da SM,
até seu papel na formação e instabilização da placa
aterosclerótica e trombose aguda.
Muitos dados provêm de estudos experimentais,
principalmente no que se refere à LDL(-) ou
minimamente modificada. Várias metodologias vêm
sendo desenvolvidas para a dosagem da LDLox in
vivo, dos seus anticorpos ou imunocomplexos, mas
ainda são raros os relatos de sua importância como
preditora de risco cardiovascular na SM. É imprescindível
a realização de estudos epidemiológicos prospectivos
para comprovar esta relação.
A LDLpd, ou padrão B, foi mais comumente
estudada em coortes, sendo incontestável sua presença
na dislipidemia da SM e sua relação com risco cardiovascular.
Porém, na prática clínica, sua determinação
ainda é pouco empregada por limitações técnicas.
Em resumo, a presença marcante da LDLm em
todas as etapas da aterogênese reforça a importância de
se delinear estudos mais amplos para esclarecer seu
papel, particularmente no contexto da SM. Também,
alerta-se para a necessidade de uniformização dos
termos até agora empregados e do desenvolvimento de
métodos simples para a determinação de LDLs
modificadas, a fim de que possam ser mais amplamente
utilizadas na prática clínica.
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Endereço para correspondência
Sandra Roberta G. Ferreira
Departamento de Medicina Preventiva
Universidade Federal de São Paulo
Rua Botucatu 740
04023-062 São Paulo, SP
Fax: (11) 5571-5000
E-mail: ferreira@medprev.epm.br

ESTRESSE OXIDATIVO: RELAÇÃO ENTRE GERAÇÃO DE ESPÉCIES REATIVAS E DEFESA DO ORGANISMO

Quim. Nova, Vol. 29, No. 1, 113-123, 2006
Divulgação
*e-mail: jmdavid@ufba.br
André L. B. S. Barreiros e Jorge M. David*
Instituto de Química, Universidade Federal da Bahia, 40170-290 Salvador-BA
Juceni P. David
Faculdade de Farmácia, Universidade Federal da Bahia, 40170-290 Salvador-BA
Recebido em 1/7/04; aceito em 18/5/05; publicado na web em 24/8/05
OXIDATIVE STRESS: RELATIONS BETWEEN THE FORMATION OF REACTIVE SPECIES AND THE ORGANISM’S
DEFENSE. This work describes the mechanism of action of some reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species
(RNS) in the oxidative stress of the human body, and their consequences on damage to DNA, RNA, proteins and lipids. It also
illustrates the defense system of our organism against these ROS and RNS species. The action of nonenzymatic protection systems
is reported, with emphasis on micromolecules like Q10 coenzyme, vitamin C, α-tocopherol, carotenoids and flavonoids. The
importance of flavonoids is also emphasized, and their body protection mechanism is detailed.
Keywords: oxidative stress; antioxidants; reactive species.
INTRODUÇÃO
Atualmente existe um grande interesse no estudo dos antioxidantes
devido, principalmente, às descobertas sobre o efeito dos
radicais livres no organismo. A oxidação é parte fundamental da
vida aeróbica e do nosso metabolismo e, assim, os radicais livres
são produzidos naturalmente ou por alguma disfunção biológica.
Esses radicais livres cujo elétron desemparelhado encontra-se
centrado nos átomos de oxigênio ou nitrogênio são denominados
ERO ou ERN1-4. No organismo, encontram-se envolvidos na produção
de energia, fagocitose, regulação do crescimento celular, sinalização
intercelular e síntese de substâncias biológicas importantes.
No entanto, seu excesso apresenta efeitos prejudiciais, tais
como a peroxidação dos lipídios de membrana e agressão às proteínas
dos tecidos e das membranas, às enzimas, carboidratos e DNA5.
Dessa forma, encontram-se relacionados com várias patologias, tais
como artrite, choque hemorrágico, doenças do coração, catarata,
disfunções cognitivas, câncer e AIDS, podendo ser a causa ou o
fator agravante do quadro geral6.
O excesso de radicais livres no organismo é combatido por
antioxidantes produzidos pelo corpo ou absorvidos da dieta. De
acordo com Halliwell3 “Antioxidante é qualquer substância que,
quando presente em baixa concentração comparada à do substrato
oxidável, regenera o substrato ou previne significativamente a oxidação
do mesmo”. Os antioxidantes produzidos pelo corpo agem
enzimaticamente, a exemplo da GPx, CAT e SOD2 ou, nãoenzimaticamente
a exemplo de GSH, peptídeos de histidina, proteínas
ligadas ao ferro (transferrina e ferritina), ácido diidrolipóico e
CoQH2. Além dos antioxidantes produzidos pelo corpo, o organismo
utiliza aqueles provenientes da dieta como o a-tocoferol (vitamina-
E), β-caroteno (pro-vitamina-A), ácido ascórbico (vitamina-
C), e compostos fenólicos onde se destacam os flavonóides e
poliflavonóides4,7. Dentre os aspectos preventivos, é interessante
ressaltar a correlação existente entre atividade antioxidante de substâncias
polares e capacidade de inibir ou retardar o aparecimento
de células cancerígenas, além de retardar o envelhecimento das
células em geral8. Outro interesse ligado aos antioxidantes é a sua
aplicação na indústria, para a proteção de cosméticos, fármacos e
alimentos, prevenindo a decomposição oxidativa desses pela ação
da luz, temperatura e umidade9.
O ESTRESSE OXIDATIVO
O organismo humano sofre ação constante de ERO e ERN geradas
em processos inflamatórios, por alguma disfunção biológica ou
provenientes dos alimentos. As principais ERO distribuem-se em
dois grupos, os radicalares: hidroxila (HO•), superóxido (O2
•−),
peroxila (ROO•) e alcoxila (RO•); e os não-radicalares: oxigênio,
peróxido de hidrogênio e ácido hipocloroso. Dentre as ERN incluem-
se o óxido nítrico (NO•), óxido nitroso (N2O3), ácido nitroso
(HNO2), nitritos (NO2
−), nitratos (NO3
−) e peroxinitritos (ONOO−)10.
Enquanto alguns deles podem ser altamente reativos no organismo
atacando lipídios, proteínas e DNA, outros são reativos apenas com
os lipídios. Existem ainda alguns que são pouco reativos, mas apesar
disso podem gerar espécies danosas.
O radical HO• é o mais deletério ao organismo, pois devido a
sua meia-vida muito curta dificilmente pode ser seqüestrado in
vivo. Estes radicais freqüentemente atacam as moléculas por abstração
de hidrogênio e por adição a insaturações. Nos experimentos
de laboratório o HO• pode facilmente ser seqüestrado in vitro
por inúmeras moléculas, devido a sua alta reatividade. No entanto,
para que os resultados in vitro se reproduzam in vivo, é necessário
ministrar alta concentração do antioxidante para que este
alcance o local onde o radical HO• está presente em concentração
suficiente para suprimí-lo. Existem duas maneiras de controlar a
presença do radical HO•: reparar os danos causados por ele ou
inibir sua formação.
O radical HO• é formado no organismo principalmente por dois
mecanismos: reação de H2O2 com metais de transição e homólise
da água por exposição à radiação ionizante6 (Equação 1). A incidência
de radiação no ultravioleta, radiação γ e raios X podem produzir
o radical HO• nas células da pele. O ataque intensivo e freqüente
deste radical pode originar mutações no DNA e, conseqüentemente,
levar ao desenvolvimento de câncer em seres humanos no
período de 15 a 20 anos.
luz UV H2O HO• + H• (1)
114 Barreiros et al. Quim. Nova
O peróxido de hidrogênio isoladamente é praticamente inócuo,
porém pode se difundir facilmente através das membranas
celulares como, por ex., a membrana do núcleo. Devido ao fato da
célula possuir metais de transição, ocorre geração do radical HO•
em seu interior5 (Equação 2).
Mn+ + H2O2 M(n+1)+ + HO• + HO– (2)
Em nosso organismo, os metais de transição mais importantes
para a ocorrência dessa reação são Cu1+ e Fe2+. Nesse sistema, a
importância do ferro é mais pronunciada devido a sua maior
biodisponibilidade e, no organismo, na maior parte do tempo ele
encontra-se complexado com proteínas de transporte (ex. transferrina),
e armazenamento (ex. ferritina e hemosiderina). A reação
do Fe2+ com o H2O2 (reação de Fenton) pode ser representada de
maneira simplificada na Equação 3 ou de forma mais complexa na
Equação 4.
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO• + HO– (3)
(4)
O radical hidroxila causa danos ao DNA, RNA, às proteínas,
lipídios e membranas celulares do núcleo e mitocondrial. No DNA
ele ataca tanto as bases nitrogenadas quanto a desoxirribose (Figura
1). O ataque ao açúcar pode ser realizado por abstração de
um dos átomos de hidrogênio (1-3) e quase sempre leva à ruptura
da cadeia de DNA10. O mecanismo dessa ruptura tem como principais
produtos 5’-8-ciclo-2’-desoxiadenosina 8OHdA (4) e 5’-
8-ciclo-2’-desoxiguanosina 8OHdG (5). A eletrofilicidade do HO•
possibilita sua interação com as bases nitrogenadas por adição às
insaturações em sítios de alta densidade eletrônica. Assim, reage
com as bases púricas por adição a C-4 e C-8, e em menor proporção
com C-5, gerando 2,6-diamino-4-hidroxi-5-
formamidopirimidina (FapyG) (6), 4,6-diamino-5-formamidopirimidina
(FapyA) (7), 8-oxo-7,8-diidro-2’-desoxiguanosídeo (8-
oxoG) (8), 8-oxoA (9)11 (Figura 1). O ataque às bases pirimidínicas
dá-se por adição à ligação dupla Δ5,6, e produz os radicais livres
em C-6 e C-5 nas proporções aproximadamente de 70 e 30%,
respectivamente (14 e 15), gerando 5-hidroxi-6-hidrocitosina (16),
6-hidroxi-5-hidrocitosina (17), 5-hidroxi-6-peroxicitosina (20),
6-hidroxi-5-peroxicitosina (21), 5-hidroxi-6-oxocitosina (22) e 6-
hidroxi-5-oxocitosina (23). Os radicais peroxila (18 e 19) podem
decompor-se gerando citosinaglicol (24) como produto majoritário.
A timina sofre a adição do radical à ligação dupla Δ5,6, formando
os radicais livres em C-5 e C-6 (25 e 26), e em menor teor
o radical decorrente da abstração de um próton da metila em C-5
(27), que gera 5-hidroxi-6-hidrotimina (28), 6-hidroxi-5-
hidrotimina (29), 5-hidroxi-6-oxotimina (36) e timinaglicol (37)
como principais produtos10. A fragmentação completa da citosina
e da timina é mostrada na Figura 2.
Nos aminoácidos e proteínas, HO• pode reagir na cadeia lateral,
onde ataca preferencialmente cisteína, histidina, triptofano,
metionina e fenilalanina, e, em menores proporções, arginina e
asparagina11. Os ataques aos aminoácidos que compõem as proteínas
podem gerar danos como clivagens de ligações com ou sem
Figura 1. Principais produtos da oxidação do DNA por ERO e ERN geração de fragmentos e ligações cruzadas, o que pode ter como
Figura 2. Fragmentação oxidativa das bases pirimidínicas
Vol. 29, No. 1 Estresse Oxidativo: Relação entre Geração de Espécies Reativas 115
conseqüência perda de atividade enzimática, dificuldades no transporte
ativo através das membranas celulares, citólise e morte celular.
O ataque ocorre por adição do radical ou por abstração de hidrogênio.
Todos os aminoácidos podem sofrer abstração do hidrogênio
do carbono Cα -COO− ligado ao carboxilato e ao grupo amino.
Essa abstração, com exceção da glicina, leva à perda de CO2 e
formação de carbono radicalar11. Na Figura 3 são mostrados os
principais produtos dessas reações, destacando-se o tiohidroperóxido
(42), cistina (43)12, 2-oxo-histidina (44) em equilíbrio
com a 2-hidroxi-histidina (45)13, metionina sulfóxido (46),
metionina sulfona (47)14, derivados da arginina, lisina e prolina
(48, 49 e 50), nitroacetato (51), oxima (52), hidroxilamina (53)14,
oxalato (54)11 e derivados da tirosina (55-60).
O exemplo mais comum do ataque de radicais hidroxila a
lipídios é a ação deste nos lipídios de membrana. Os radicais livres
centrados no oxigênio (HO•) atacam a cadeia lipídica em sítios
susceptíveis como o grupo metilênico alílico, convertendo-o em
novo centro de radical livre. O carbono radicalar facilmente adiciona
oxigênio gerando o radical lipídio-peroxila, que pode facilmente
atacar as proteínas de membrana, produzindo danos nas células
A Figura 6 traz exemplos dessa atuação. Os ácidos graxos
poliinsaturados são mais susceptíveis ao ataque por radicais livres,
devido ao carbono metilênico bis-alílico. O radical formado pela
abstração do hidrogênio gera os ácidos decadienóicos HPODE, 13-
Z,E-HPODE (61), 9-E,Z-HPODE (62), 9-E,E-HPODE (63) e 13-
E,E-HPODE (64) e a decomposição destes gera os aldeídos α,β-
insaturados 4-hidroperoxi-2-nonenal (65), 4-hidroxi-2-nonenal (66),
4-oxo-2-nonenal (67) e 4,5-epóxi-2(E)-decenal (68). Aldeídos α,β-
insaturados são conhecidos por sua ação genotóxica, pois em presença
do 2’-desoxiguanosídeo e do 2’-desoxiadenosídeo sofrem
adição gerando heptanona-eteno-desoxiguanosídeo (69), heptanonaeteno-
desoxiadenosídeo (70), eteno-desoxiadenosídeo (71), etenoadenosídeo
e hexanol-1,N-2-propano-desoxiguanosídeo (72). A decomposição
dos ácidos graxos com três ou mais insaturações gera
como produto adicional o aldeído malônico (73), que pode se adicionar
ao 2’-desoxiguanosídeo gerando pirimidol-[1,2a]purin-10-
ona desoxiguanosídeo (74)15 (Figura 4).
A forma mais deletéria do oxigênio ao organismo é o oxigênio
singleto (1O2), pois é a causa ou o intermediário da toxicidade
fotoinduzida do O2 em organismos vivos. O seu tempo de meiavida
depende muito do meio onde se encontra. Em meio aquoso,
sua meia-vida é muito pequena, pois ele se choca com as moléculas
de H2O transferindo sua energia, desativando-se e retornando
à forma de oxigênio tripleto. Em meio orgânico é mais comum a
ocorrência de choque com transferência de energia, sem reação
química, seguida da dissipação dessa energia na forma de calor.
Esse tipo de choque é denominado “quenching” colisional e representa
a forma como a água desativa o 1O2. Porém, em meio
orgânico, a meia-vida do oxigênio singleto é maior e, portanto,
pode causar algumas reações químicas com determinados
aceptores por incorporação do O2. O oxigênio singleto reage com
algumas classes de biomoléculas e, em geral, essas reações são
do tipo eno (Equação 5) e dieno (reações de Diels-Alder) (Equação
6). Os compostos naturais mais reativos frente ao 1O2 são os
carotenóides, devido as múltiplas insaturações conjugadas. Assim,
o 1O2 reage mais lentamente com os ácidos graxos que com o
β-caroteno, e quanto maior o número de insaturações presentes
Figura 3. Principais produtos da oxidação dos aminoácidos e proteínas por
ERO e ERN
Figura 4. Compostos genotóxicos produzidos pela oxidação dos lipídios por
ERO e ERN, e produtos resultantes de seu ataque ao DNA
116 Barreiros et al. Quim. Nova
nos ácidos graxos, mais rapidamente eles irão reagir. Essa reação
se dá por incorporação do oxigênio à cadeia com conseqüente
migração da ligação dupla, formando ácidos hidroperóxidos como
os HPODE16 (Figura 4).
(5)
(6)
Na Figura 3 estão representados os produtos da reação do 1O2
com os aminoácidos cisteína, metionina, triptofano, tirosina e
histidina27. A reação do oxigênio singleto com os ácidos nucléicos
é significativa apenas para a base guanina, que origina 8OHG (8).
O peróxido de hidrogênio (H2O2) é pouco reativo frente às
moléculas orgânicas na ausência de metais de transição. No entanto,
exerce papel importante no estresse oxidativo por ser capaz de
transpor as membranas celulares facilmente e gerar o radical
hidroxila. Ele somente oxida proteínas que apresentem resíduos de
metionina ou grupos tiol muito reativos, GSH por ex.
O H2O2 é gerado in vivo pela dismutação do ânion-radical
superóxido (O2
• –) por enzimas oxidases ou pela β-oxidação de ácidos
graxos. As mitocôndrias são importantes fontes de O2
• – e, como
a presença deste ânion-radical pode causar sérios danos, elas são
ricas em SOD que o converte em H2O2. O peróxido de hidrogênio
gerado é então parcialmente eliminado por catalases, glutationa
peroxidase e peroxidases ligadas à tioredoxina, mas como essa eliminação
tem baixa eficiência, grande parte do H2O2 é liberado para
a célula18. O H2O2 também pode ser encontrado em bebidas como
chás e principalmente café instantâneo e, rapidamente se difunde
pelas células da cavidade oral e do trato gastrintestinal. Pode também
ser produzido por bactérias presentes na boca, sendo utilizado
pela peroxidase salivar para oxidar o tiocianeto (SCN–) em tiocianato
(OSCN–), um produto tóxico para certas bactérias. Ele é utilizado
pelos fagócitos na produção de ácidos hipoalogenosos, que são
oxidantes muito efetivos no combate a vírus, bactérias e outros corpos
estranhos, mas que por outro lado apresentam efeitos deletérios
quando expostos às moléculas biológicas14,18.
A maior fonte de energia para os organismos aeróbicos está na
terceira etapa da respiração, que ocorre no interior da mitocôndria,
onde uma molécula de O2 é reduzida a duas moléculas de H2O, com
consumo de 4 elétrons (Equação 7). Nas equações seguintes (Equações
8-11) estão descritas as etapas da redução de O2, formação de
radical hidroxila e a segunda molécula de água (Equação 11)19.
O2 + 4e– + 4H+ 2H2O (7)
O2 + e– O2
• – (8)
O2
• – + e– + 2H+ H2O2 (9)
H2O2 + e– + H+ •OH + H2O (10)
•OH + e– + H+ H2O (11)
O radical ânion superóxido (O2
• –) ao contrário da maioria dos
radicais livres é inativo. Em meio aquoso, sua reação principal é a
dismutação, na qual se produz uma molécula de peróxido de hidrogênio
e uma molécula de oxigênio (Equação 12). Ele também é
uma base fraca cujo ácido conjugado, o radical hidroperóxido
(HOO•) é mais reativo (Equação 13).
2O2
• – + 2H+ H2O2 + O2 (12)
O2
• – + H+ HOO• (13)
O radical ânion superóxido (O2
• –) participa de certos processos
químicos importantes no contexto biológico. O principal deles é
auxiliar na produção de radical HO•, através da redução de quelatos
de Fe (III) (Equação 14), formando Fe+2. Assim, o HO• pode ser
obtido através da reação de Haber-Weiss6,20 (Equação 15).
Fe3+ + O2
• – [Fe3+ – O2
– Fe2+ – O2] Fe2+ + O2 (14)
Fe O2
• – + H2O2 HO• + HO– + O2 (15)
Além disso, o radical ânion O2
• – possui a habilidade de liberar
Fe2+ das proteínas de armazenamento e de ferro-sulfoproteínas, tais
como ferritina e aconitase, respectivamente. O radical ânion O2
• –
também reage com o radical HO• produzindo oxigênio singleto 1O2
(Equação 16) e com o óxido nítrico (NO•) produzindo peroxinitrito
(ONOO−) (Equação 17).
O2
• – + •OH 1O2 + HO• (16)
NO• + O2
• – ONOO– (17)
A atuação do radical ânion superóxido (O2
• –) como oxidante
direto é irrelevante. Dentre os aminoácidos, o único que sofre oxidação
com o radical O2
• – é a cisteína. A partir dessa reação formase
um superóxido (42) e o tio-radical (43) (Figura 3)18. Além disso,
o radical ânion superóxido O2
• – presente no organismo é eliminado
pela enzima superóxido dismutase, que catalisa a dismutação de
duas moléculas de O2
• – em oxigênio e peróxido de hidrogênio (Equação
12). Este último, quando não eliminado do organismo pelas
enzimas peroxidases e catalase, pode gerar radicais hidroxila18.
Apesar destes efeitos danosos, o radical O2
• – tem importância
vital para as células de defesa e sem ele o organismo está
desprotegido contra infecções causadas por vírus, bactérias e fungos.
O radical O2
• – é gerado in vivo por fagócitos ou linfócitos e
fibroblastos durante o processo inflamatório, para combater corpos
estranhos. Os fagócitos o produzem com auxílio da enzima
leucócito NADPH oxidase, que catalisa a redução por um elétron
do O2 com gasto de uma molécula de NADPH (Equação 18)18,19.
2O2 + NADPH 2O2
• – + NADP+ + H+ (18)
O radical ânion superóxido formado é bactericida fraco, capaz
de inativar proteínas ferro-sulfurosas das bactérias, porém gera alguns
produtos que possuem forte atividade antimicrobiana, tais
como ácido hipocloroso (HOCl), peróxido de hidrogênio (H2O2) e
peroxinitrito (ONOO–) que são os principais responsáveis pelo combate
a corpos estranhos.
Em alguns casos o radical ânion O2
• – age como antioxidante,
reduzindo semiquinonas para que elas possam retomar suas atividades
metabólicas na célula. Um exemplo é a redução da ubiquinona
para ubiquinol, no interior da mitocôndria18,19.
Por fim, o radical ânion superóxido funciona como sinalizador
molecular através da sua capacidade de oxidar grupos –SH em ligações
dissulfeto (Equação 19), podendo ativar e desativar enzimas
que contenham metionina.
2O2
• – + 2RSH 2HOO– + RSSR (19)
􀀔
Vol. 29, No. 1 Estresse Oxidativo: Relação entre Geração de Espécies Reativas 117
O radical óxido nítrico (NO•) pode ser produzido no organismo
pela ação da enzima óxido nítrico sintase a partir de arginina, oxigênio
e NADPH, gerando também NADP+ e citrulina21. Esse radical
também pode ser produzido em maiores quantidades através
dos fagócitos humanos, quando estimulados10,18. O nitrato pode
transformar-se em nitrito, que reage com os ácidos gástricos gerando
o ácido nitroso (HNO2). O óxido nitroso (N2O3) também é
precursor do HNO2 através da sua reação com a água. O HNO2
promove a desaminação das bases do DNA que contêm grupo
–NH2 livre que são citosina, adenina e guanina, formando-se uracila,
hipoxantina (11) e xantina (12), respectivamente (Figura 1)10. O
óxido nítrico NO• não é suficientemente reativo para atacar o DNA
diretamente, mas pode reagir com o radical ânion superóxido O2
•−,
produzido pelos fagócitos, gerando peroxinitrito. Esse último, por
sua vez, pode sofrer reações secundárias formando agentes capazes
de nitrar aminoácidos aromáticos, a exemplo da tirosina gerando
nitrotirosina (59) e as bases do DNA, em particular a guanina,
na qual o produto principal é a 8-nitroguanina (13)10,18,22. A presença
do tampão CO2/HCO3
− contribui para a nitração de biomoléculas
pois o carbonato ao ser protonado forma o radical HCO3
• e este
oxida anéis aromáticos, produzindo bicarbonato (HCO3
−) e o radical
aromático correspondente, facilitando a entrada do radical
NO2
• 23.
A PROTEÇÃO AO ORGANISMO CONTRA O ESTRESSE
OXIDATIVO
Os radicais livres promovem reações com substratos biológicos
podendo ocasionar danos às biomoléculas e, conseqüentemente,
afetar a saúde humana. Os danos mais graves são aqueles causados
ao DNA e RNA. Se a cadeia do DNA é quebrada, pode ser
reconectada em outra posição alterando, assim, a ordem de suas
bases. Esse é um dos processos básicos da mutação e o acúmulo de
bases danificadas pode desencadear a oncogênese. Uma enzima
que tenha seus aminoácidos alterados pode perder sua atividade
ou, ainda, assumir atividade diferente. Ocorrendo na membrana
celular, a oxidação de lipídios interfere no transporte ativo e passivo
normal através da membrana, ou ocasiona a ruptura dessa, levando
à morte celular. A oxidação de lipídios no sangue agride as
paredes das artérias e veias, facilitando o acúmulo desses lipídios,
com conseqüente aterosclerose, podendo causar trombose, infarto
ou acidente vascular cerebral. As proteções conhecidas do organismo
contra as ERO e ERN abrangem a proteção enzimática ou por
micromoléculas, que podem ter origem no próprio organismo ou
são adquiridas através da dieta.
As macromoléculas são representadas pelas enzimas e podem
atuar diretamente contra as ERO e ERN ou, ainda, reparar os danos
causados ao organismo por essas espécies. Um exemplo é a
catalase (CAT) que converte o peróxido de hidrogênio em H2O e
O2. Outras são capazes de eliminar a molécula ou a unidade dessa
que se encontra danificada, como por ex., as enzimas responsáveis
pela excisão das bases nitrogenadas danificadas e substituição por
outras intactas10,19. São conhecidos três sistemas enzimáticos
antioxidantes: o primeiro é composto por dois tipos de enzimas
SOD, que catalisam a destruição do radical ânion superóxido O2
•−,
convertendo-o em oxigênio e peróxido de hidrogênio. A decomposição
do radical ânion superóxido O2
•− ocorre naturalmente porém,
por ser uma reação de segunda ordem, necessita que ocorra colisão
entre duas moléculas de O2
•−, de forma que há necessidade de maior
concentração do radical ânion superóxido. A presença da enzima
SOD favorece essa dismutação tornando a reação de primeira ordem,
eliminando a necessidade da colisão entre as moléculas. A
ação desta enzima permite a eliminação do O2
•− mesmo em baixas
concentrações. Existem duas formas de SOD no organismo, a primeira
contém Cu2+ e Zn2+ como centros redox e ocorre no citosol,
sendo que sua atividade não é afetada pelo estresse oxidativo. A
segunda contém Mn2+ como centro redox, ocorre na mitocôndria e
sua atividade aumenta com o estresse oxidativo19. O segundo sistema
de prevenção é muito mais simples, sendo formado pela enzima
catalase que atua na dismutação do peróxido de hidrogênio (H2O2)
em oxigênio e água19 (Equação 20).
(20)
O terceiro sistema é composto pela GSH em conjunto com duas
enzimas GPx e GR. A presença do selênio na enzima (selenocisteína)
explica a importância desse metal e sua atuação como
antioxidante nos organismos vivos. Esse sistema também catalisa
a dismutação do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio, sendo
que a glutationa opera em ciclos entre sua forma oxidada e sua
forma reduzida19. A GSH reduz o H2O2 a H2O em presença de GPx,
formando uma ponte dissulfeto e, em seguida, a GSH é regenerada
(Equações 21-23).
(21)
(22)
(23)
Dentre os antioxidantes biológicos de baixo peso molecular,
podem ser destacados os carotenóides, a bilirrubina, a ubiquinona
e o ácido úrico. Porém, as mais importantes micromoléculas no
combate ao estresse oxidativo são os tocoferóis e o ácido ascórbico
(vitamina C)19.
Vitamina C no ciclo oxidativo
O ácido ascórbico ou vitamina C é comumente encontrado em
nosso organismo na forma de ascorbato (75). Por ser muito solúvel
em água, está localizado nos compartimentos aquosos dos tecidos
orgânicos. O ascorbato desempenha papéis metabólicos fundamentais
no organismo humano, atuando como agente redutor, reduzindo
metais de transição (em particular Fe3+ e Cu2+) presentes nos
sítios ativos das enzimas ou nas formas livres no organismo24. Por
ser um bom agente redutor o ascorbato pode ser oxidado pela maioria
das ERO e ERN que chegam ou são formadas nos compartimentos
aquosos dos tecidos orgânicos. Sua oxidação produz inicialmente
o radical semidesidroascorbato (76), que é pouco reativo.
Esse radical pode ser reconvertido em ascorbato, ou duas moléculas
dele podem sofrer desproporcionamento originando uma molécula
de desidroascorbato (77) e regenerando uma molécula de
ascorbato. O desidroascorbato pode ser então regenerado para
ascorbato através de um sistema enzimático, ou ser oxidado
irreversivelmente gerando oxalato (78) e treonato (79)19,24 (Figura
5). Tendo em vista que o ascorbato converte as ERO e ERN em
espécies inofensivas e que os derivados do ascorbato são pouco
reativos, esse age como antioxidante in vivo. Devido a estas propriedades,
muitos autores sugerem a ingestão diária de doses maiores
de ascorbato, para proteção contra o desenvolvimento de doenças
crônicas, cardiovasculares e de alguns tipos de câncer24.
O ascorbato possui também propriedades pró-oxidantes pois
os íons Fe2+ e Cu1+ reagem com o peróxido de hidrogênio (reação
de Fenton, Equação 3) gerando o radical hidroxila. Indiretamente,
o ascorbato pode induzir as reações de radicais livres.
118 Barreiros et al. Quim. Nova
Porém, em função do Fe encontrar-se, na maior parte do tempo,
ligado a proteínas de transporte ou armazenamento, em situação
normal, as propriedades antioxidantes do ascorbato suplantam
suas propriedades pró-oxidantes24. O ascorbato pode atuar
contra a peroxidação de lipídios de duas maneiras: no plasma
sanguíneo, atua na prevenção através da reação com as ERO e
ERN presentes, ou na restauração doando hidrogênio ao radical
lipídio (80). Isso explica seu papel na prevenção de doenças
cardiovasculares, devido ao fato de que sem a formação dos radicais
lipídio-peroxila (81) não ocorre o ataque às proteínas das
paredes dos vasos e artérias sanguíneos, causando o acúmulo de
lipídios nessas paredes e, conseqüentemente, seu entupimento.
Por outro lado, nas membranas celulares ele atua em parceria
com o α-tocoferol (82). O radical livre normalmente abstrai um
próton do carbono metilênico alílico, e o radical lipídio formado
(80) rapidamente adiciona oxigênio tripleto gerando o radical
lipídio-peroxila (81). Nesta etapa, o tocoferol (82) age doando
um hidrogênio para esse radical formando o lipídio-hidroperóxido
(83) e o radical tocoferoxila (84). O ascorbato (75) na
interface da membrana celular regenera o tocoferol doando um
hidrogênio, transformando-se em semidesidroascorbato (76) (Figura
6). As enzimas fosfolipase A2, fosfolipídio hidroperóxido
glutationa peroxidase, GPx e ácido graxo coenzima A restauram
o lipídio25.
O papel do ascorbato na proteção à oxidação do DNA e, conseqüentemente,
sua ação preventiva no câncer é ambíguo. Estudos
indicam que o consumo de ascorbato inferior ao recomendado (40-
60 mg/dia), por ex., consumo de 5 mg/dia aumentou os níveis de
8OHdG (5) em 91%. O consumo de 60 mg/dia reduziu os níveis de
8OHdG e 8OHG (8) no organismo reduzindo-se, assim, o risco
de câncer. Foi verificado que uma suplementação superior a
500 mg/dia de ascorbato fez com que os níveis de 8OHdG e 8OHG
decrescessem ainda mais, porém ocorrendo aumento nos níveis de
8OHA (9), Fapy-A (7) e Fapy-G (6). Mesmo com o aumento dessas
espécies, o processo pode ser considerado benéfico, pois o
8OHdG e o 8OHG têm maior poder mutagênico que 8OHA, Fapy-
A e Fapy-G. Não está estabelecido se a queda nos níveis de 8OHdG
e 8OHG é conseqüência direta da ação do ascorbato como
antioxidante ou da sua atuação como cofator das enzimas de reparo.
Além disso, os níveis de 8OHA, Fapy-A e Fapy-G só aumentam
expressivamente quando a concentração de ascorbato no plasma
sanguíneo está acima de 70 μM. Como a ingestão de 100 mg/dia
promovia uma concentração de 60 μM no plasma, recomendou-se
uma ingestão entre 100-200 mg/dia, para otimizar suas propriedades
antioxidantes sem causar danos ao DNA24.
A vitamina E no ciclo oxidativo
A vitamina E é constituída principalmente por quatro tocoferóis,
e secundariamente por quatro tocotrienóis, sendo o α-tocoferol (82)
o mais ativo26. Estudos comprovam que a vitamina E é um eficiente
inibidor da peroxidação de lipídios in vivo. Estas substâncias
agem como doadores de H para o radical peroxila, interrompendo
a reação radicalar em cadeia. Cada tocoferol pode reagir com até
dois radicais peroxila e, nesse caso, o tocoferol é irreversivelmente
desativado. Para que eles não se desativem, necessitam do mecanismo
de regeneração sinergético com o ascorbato nas membranas
celulares e com a ubiquinona na membrana mitocondrial25,27 (Figura
6).
A reação de doação do H radicalar fenólico para os radicais
peroxila é acelerada pela presença de um grupo metoxi em para,
pois este estabiliza o radical formado por ressonância, e grupos metila
em orto ou em orto e meta que apresentam pequeno impedimento
estérico. Ao mesmo tempo, essa reação é retardada quando a hidroxila
fenólica se encontra estericamente impedida por grupos alquila maiores
em orto, ou quando em presença de um grupo retirador de elétrons
em para. Deste modo, não é possível prever qual dos tocoferóis
tem maior atividade. No entanto, estudos cinéticos realizados in vitro
Figura 5. Ciclo oxidativo do ascorbato
Figura 6. Ataque à membrana celular e proteção pelo tocoferol e ascorbato. Esquema baseado na ref. 25
Vol. 29, No. 1 Estresse Oxidativo: Relação entre Geração de Espécies Reativas 119
demonstram que o α-tocoferol possui uma constante de velocidade
grande (k= 235 ± 50 M-1 s-1) para a transferência do H• para um radical
peroxila. Essa constante é maior que para a maioria dos
antioxidantes sintéticos e ligeiramente superior aos outros tocoferóis:
β-tocoferol (k= 166 ± 33 M-1 s-1), γ-tocoferol (k= 159 ± 42 M-1 s-1) e
δ-tocoferol (k= 65 ± 13 M-1 s-1). Esses resultados estão em acordo
com o observado em testes in vivo28.
As observações do efeito cinético em α-tocoferol com a hidroxila
fenólica marcada com deutério confirmam que a reatividade reside na
porção fenólica da molécula. Com base nessa observação foram avaliadas
as constantes de velocidade de doação do H para o 2,3,5,6-
tetrametil-4-metoxifenol (TMMP) (85) e o 2,2,5,7,8-pentametil-6-
hidroxicromano (PMHC) (86). Observa-se que a constante de velocidade
para o TMMP (k= 21 ± 2 M-1 s-1) representa apenas 9% da atividade
do a-tocoferol, enquanto que para o PMHC (k= 214 ± 81 M-1 s-1)
é aproximadamente idêntica à atividade do α-tocoferol. Esta aparente
incoerência pode ser explicada por efeitos estéricos. A presença do
grupo metoxi em para nos fenóis (87) aumenta a velocidade de doação
do H radicalar. Isso é devido ao fato que o elétron não ligante do
oxigênio metoxílico pode se deslocalizar migrando para o oxigênio
do radical fenóxido (88) formando o íon fenolato, que é estabilizado
por sua deslocalização com o anel aromático. O radical TMMP não
apresenta esse aumento de velocidade na doação do H•, devido ao
impedimento estérico dos grupos metila. Esses grupos promovem o
deslocamento da metoxila por efeito estérico para fora do plano do
anel aromático, de modo que o orbital p com o seu par de elétrons
fique no plano do anel aromático, inviabilizando a migração do elétron.
Com o PMHC e os tocoferóis ocorre o aumento da velocidade
de doação do H•. Esse fato é explicado pela presença de um segundo
anel com o oxigênio, que impede o giro do grupo e mantém o orbital
p perpendicular ao anel aromático. Assim, torna-se possível a migração
do elétron não ligante do oxigênio do anel para o orbital
semipreenchido do oxigênio radicalar (89). Embora o α-tocoferol e o
PMHC apresentem atividades semelhantes in vitro, o PMHC apresenta
pouca ou nenhuma atividade in vivo. Esse fato é explicado pela
cadeia carbônica lateral dos tocoferóis que aumenta sua solubilidade
nas biomembranas, sítio onde eles atuam28.
Com base em observações estruturais é de se esperar que os
tocotrienóis apresentem atividade semelhante à dos tocoferóis perante
as ERO e ERN. Porém a atividade do α-tocotrienol contra a
peroxidação de lipídios é maior que a do α-tocoferol, assim como
a atividade dos tocotrienóis é maior que a dos respectivos tocoferóis.
Essa diferença de atividade é justificada por uma distribuição mais
uniforme na bicamada lipídica das membranas, que leva à interação
mais eficiente do anel cromano com os radicais lipídicos e à maior
eficiência na reciclagem do radical cromanoxila26.
O papel dos carotenóides e da vitamina A no ciclo oxidativo
Dentre os carotenóides, o β-caroteno é a mais importante fonte
de vitamina A29. Eles formam um tipo incomum de agentes redutores
biológicos, pois reduzem melhor os produtos de oxidação a
baixos níveis de oxigênio. Altos níveis de oxigênio levam à destruição
dos carotenóides. Na maioria dos tecidos biológicos, o nível
de oxigênio é baixo, de modo que os carotenóides adquirem
importância como antioxidantes. Os carotenóides agem in vivo
como desativadores do oxigênio singleto ou como seqüestradores
dos radicais peroxila, reduzindo a oxidação do DNA e lipídios, que
está associada a doenças degenerativas, como câncer e doenças
cardíacas29.
A principal atividade antioxidante dos carotenóides é a desativação
do oxigênio singleto, sendo que a velocidade para essa reação
é superior à dos tocoferóis. A desativação do 1O2 pode se dar de
duas formas, pela transferência física da energia de excitação do
1O2 para o carotenóide e pela reação química do carotenóide com o
1O2. Em condições normais no organismo, 95% da desativação do
1O2 é física, restando somente 5% para reagir quimicamente, o que
torna os carotenóides antioxidantes mais efetivos. Os produtos destas
reações são apresentados na Figura 8 29,30.
Uma outra atividade recentemente estudada é do seqüestro de
radicais peroxila. Os radicais peroxila adicionam-se à dupla ligação
5-6, 5’-6’ ou 15-15’ da cadeia do caroteno. Estudos de mecanismo
revelaram a preferência pela adição em 5,6 ou 5’,6’, geran-
Figura 7. Representação das estruturas dos radicais 4-metoxifenoxil, TMMP
e PMHC com os orbitais dos átomos de oxigênio. Reproduzido da ref. 28,
com permissão da American Chemical Society
Figura 8. Principais produtos do ciclo oxidativo do β-caroteno
120 Barreiros et al. Quim. Nova
do o radical altamente estabilizado por ressonância (93). Esse radical
sofre, então, uma substituição homolítica intramolecular, originando
os éteres cíclicos (91 e 92), interconversíveis em meio
ácido, além do radical alcoxila30 (Figura 8).
O processo completo de oxidação dos carotenóides pode ser
dividido em duas etapas. Na primeira, ocorre a formação de éteres
cíclicos e compostos carbonílicos. Na segunda etapa os produtos
primários são convertidos em compostos carbonílicos de cadeias
menores, com liberação de CO2 e ácidos carboxílicos. O processo
completo é descrito por Woodall et al.30,31. Os mecanismos propostos
esclarecem a atividade dos carotenóides frente ao oxigênio
singleto e aos radicais peroxila, porém não esclarecem a atividade
contra outros radicais e se esses são capazes de interromper a reação
radicalar em cadeia. Observa-se também a menor atividade
antioxidante para os carotenóides que possuem substituição em 4
e/ou 4’, em relação aos outros. Essas observações podem ser
explicadas pela presença de carbonos metilênico em 4 e 4’ vizinhos
às insaturações conjugadas, que doam um hidrogênio para os
radicais livres, devido ao fato do radical gerado ser extremamente
estabilizado por ressonância (94)31.
Outro aspecto da atividade dos carotenóides diz respeito à polaridade.
Aqueles que possuem grupos polares nos anéis A e B são
efetivos na prevenção da oxidação das membranas. Essa polaridade
os localiza de maneira tal que estão em contato mais próximo
com a fase aquosa, reagindo com os radicais que penetram a membrana.
Os apolares, tais como o licopeno e o β-caroteno são mais
regeneradores que preventivos, combatendo os radicais formados
com mais eficiência no interior da membrana31. Os retinóides (vitamina
A) possuem grupos polares que os localizam na membrana
celular na região próxima à fase aquosa. No entanto, eles apresentam
atividade antioxidante cerca de cinco vezes menor que a do β-
caroteno sendo, provavelmente, a menor extensão da conjugação29,31.
Coenzima Q10 no ciclo oxidativo
A coenzima Q10 é uma ubiquinona lipossolúvel que possui uma
cadeia longa isoprenóide lateral. A ubiquinona é o único lipídio
endogenamente sintetizado que apresenta função redox32. Embora
de forma diferenciada e bem específica essa é biossintetizada por
todas as células, o que a torna o maior constituinte da membrana
mitocondrial interna, membrana do complexo de Golgi e membrana
dos lisossomos. Por outro lado, apenas poucas moléculas são
encontradas na membrana do LDL. Essa variação na distribuição
sugere funções diferentes para diferentes membranas biológicas.
A ubiquinona ingerida como suplemento alimentar distribui-se principalmente
entre o fígado e o plasma sanguíneo, não sendo absorvida
pelas membranas com concentração elevada desta substância.
Nos humanos, sua biossíntese é muito ativa até os 30 anos de idade,
época que ocorre a estagnação de sua produção e, a partir desta
idade, os níveis de ubiquinona começam a decrescer. Estudos indicam
que a administração de suplementos de ubiquinona possui efeito
benéfico no tratamento de doenças do coração, degeneração muscular
e outras doenças degenerativas33. Sua forma reduzida
ubiquinol-10 (CoQH2) é uma hidroquinona que ocorre predominantemente
no coração, rins e fígado e a forma oxidada ubiquinona
(CoQ10) é abundante no cérebro e no intestino34. A principal função
da ubiquinona acontece na membrana mitocondrial interna, onde
participa da cadeia de transporte de elétrons e translocação de
prótons H+ na mitocôndria, juntamente com os citocromos e as
desidrogenases mitocondriais. As desidrogenases oxidam os NADH,
NADPH e FADH2 e transferem prótons e elétrons para a ubiquinona,
convertendo-a em ubiquinol. Este por sua vez transfere prótons
para a matriz mitocondrial e elétrons para os citocromos. Dessa
forma, citocromos reduzem o O2 para H2O com esses elétrons e
prótons da matriz. Todo esse processo é indispensável para produção
de ATP33.
O ciclo redox da ubiquinona, porém, também é capaz de transferir
elétrons desemparelhados para aceptores que não participam
da cadeia respiratória. A oxidação do ubiquinol dá-se pela doação
de hidrogênio para um radical livre, gerando a respectiva
semiquinona. O prosseguimento da oxidação leva à formação da
ubiquinona com a desativação final de dois radicais livres. Dessa
maneira, essa substância possui grande poder antioxidante através
do seqüestro de radicais livres, bem como se mostra eficiente na
interrupção de reações radicalares em cadeia. Tal atividade está
limitada ao meio lipossolúvel, devido a sua longa cadeia lateral16,33.
Outra importante função da ubiquinona é a regeneração do
tocoferol na membrana mitocondrial, onde exerce a mesma função
regenerativa que o ascorbato exerce na membrana celular. O
ubiquinol (101) doa um hidrogênio radicalar para o radical tocoferil
(84), gerando ubiquinona semiquinona (102) e α-tocoferol (82). O
prosseguimento dessa reação gera ubiquinona e regenera mais uma
molécula de α-tocoferol25,27,35 (Figura 9).
A ubiquinona também exerce papel considerável na desativação
do radical ânion superóxido, pois este após ser gerado na
mitocôndria é prontamente oxidado pela ubiquinona formando
oxigênio e a forma reduzida ubiquinol18,19. A cadeia lateral da
ubiquinona e ubiquinol também exerce função importante na atividade
desses, uma vez que suas insaturações participam na
desativação do oxigênio singleto 1O2, tanto por desativação física
colisional quanto por adição às insaturações16. Uma última atividade
relevante da ubiquinona na mitocôndria é a redução do nitrito
(NO2
-) a óxido nítrico (NO), que é um agente bioregulador33.
Toda essa atividade antioxidante está favorecida na mitocôndria
devido à estabilização do radical livre intermediário (102) pelos
seus pares redox, através do fluxo de elétrons da cadeia respiratória.
Em pH = 6,0 da mitocôndria esse radical encontra-se predominantemente
na forma desprotonada. Nesse estado, sem a presença
de seus pares redox ele se desestabiliza em presença de oxigênio,
gerando ubiquinona e radical ânion superóxido O2
•−. Porém, em
situações de acúmulo de NADH e/ou NADPH, tal como na isquemia,
ou em outras membranas que não possuem tal estabilização, o
acúmulo da forma desprotonada aumenta a reação de formação do
radical ânion superóxido. Como o ubiquinol possui atividade análoga
à SOD, o superóxido é dismutado gerando H2O2. O contato da
ubiquinona semiquinona desprotonada com o peróxido de hidrogênio
ou o radical peroxila é desastroso, gerando radicais hidroxila
(HO•) e alcoxila (RO•), respectivamente.
Na membrana dos lisossomos a atividade apresentada pela
Figura 9. Regeneração do tocoferol pelo ubiquinol
Vol. 29, No. 1 Estresse Oxidativo: Relação entre Geração de Espécies Reativas 121
ubiquinona é diferente. Esta membrana é muito rica em ubiquinona,
com a peculiaridade de que a espécie dominante é a CoQ9, que se
encontra 70% na forma reduzida desprotonada. Sua função é o transporte
de H+ para o interior do lisossomo, além de ter uma função
prooxidante. Nesse caso, a geração de radicais livres auxilia na
função do lisossomo33,34. Nas outras membranas e no plasma, o
papel da ubiquinona é fundamentalmente de antioxidante. Como
não há a presença dos pares redox da mitocôndria para estabilizar
as ubiquinonas semiquinonas, elas são controladas por desproporcionamento
onde duas moléculas de semiquinonas geram uma
molécula de ubiquinol e uma de ubiquinona. Outra forma de eliminação
do excesso de semiquinonas é sua regeneração pelo ascorbato,
gerando ubiquinol e semidesidroascorbato. Os efeitos deletérios
das semiquinonas são eliminados em condições normais. Isso favorece
os efeitos benéficos da ubiquinona, tornando-a útil como
antioxidante para o organismo33,34.
Ácido úrico no ciclo oxidativo
O ácido úrico é a principal forma de excreção de nitrogênio
das aves e dos répteis. Nos mamíferos, é produto secundário de
excreção, derivado das bases purínicas. Na maioria dos tecidos orgânicos
encontra-se na forma de ânion urato (pKa1=5,4). Somente
a partir dos anos 80 foi demonstrado que é um antioxidante efetivo
nos sistemas biológicos, capaz de proteger o DNA e lipídios de
ERO e ERN. A alta polaridade do ácido úrico restringe sua atividade
ao meio aquoso. A sua concentração nos compartimentos aquosos
do organismo encontra-se muito próxima do limite de solubilidade
(300 μM). Indivíduos com aterosclerose podem apresentar
nível elevado de ácido úrico no sangue, que é indicativo da existência
de um mecanismo compensatório encontrado pelo organismo
para controlar o estresse oxidativo16,36.
O mecanismo antioxidante do urato (103) pode ser resumido
pela reação com a maioria dos agentes oxidantes em velocidade
superior a das outras purinas (Figura 10). Nessa reação, há formação
do radical urato (104) estabilizado. Devido ao baixo pKa=3,1
do radical urato, esse se encontra na forma de ânion radical urato
(105), o que facilita a doação de um próton em conjunto com o
elétron. O pKa de segunda ionização de 9,5 não permite que o
radical urato se encontre na forma de um diânion no organismo36.
O urato reage rapidamente com o radical hidroxila HO•, no
entanto, o urato é inerte às espécies superóxido (HOO–), radical
ânion superóxido (O2
• –), peróxidos (ROOH) e peróxido de hidrogênio
(H2O2). Sozinho não é capaz de desativar o oxigênio singleto
1O2, porém no meio biológico ele causa indiretamente sua desativação
através da desativação de outras espécies excitadas. Sua
reação mais importante é com os radicais peroxila (ROO•) e NO2
•
(gerando NO2
–). Essa grande atividade contra os radicais peroxila
é a base do seu efeito antioxidante protetor do DNA e lipídios.
Como ocorre em meio aquoso, o urato reage com os radicais peroxila
antes desses penetrarem a membrana e iniciarem seus danos.
O urato é capaz de recuperar estruturas já atacadas que se tornaram
radicais livres através da doação de um elétron e um próton.
Ele também é responsável pela estabilização do ascorbato no plasma
sanguíneo, inibindo a reação de Fenton16,36 através de sua capacidade
de quelar íons metálicos como Fe+3, Fe+2, Cu+2 e Cu+ (106 e
107) (Figura 10).
O ânion radical urato pode ser regenerado a urato pelo ascorbato,
gerando semidesidroascorbato. Porém, o urato não é capaz de regenerar
a vitamina E. A decomposição oxidativa irreversível do
urato leva à formação inicialmente da alantoína (108) e prossegue
gerando o ácido alantoínico (109), ácido cianúrico, ácido
parabânico, ácido oxálico e ácido glioxílico36.
O papel da hemoglobina no ciclo oxidativo
A degradação da hemoglobina libera o grupo heme no organismo.
A ferroporfirina ou grupo heme da hemoglobina é liberada no
baço, originária das células vermelhas mortas. A sua degradação
libera Fe+3 e produz a biliverdina, um intermediário tetrapirrolico
linear, que é reduzido pelo NADPH sob ação da enzima biliverdina
redutase a bilirrubina, que pode se apresentar na forma lactâmina
ou lactímica. O heme não é diretamente transportado pelo sangue
devido à sua atividade prooxidante. Devido ao Fe central, esse é
capaz de reagir com peróxidos ROOH ou H2O2 originando vários
radicais livres (Equações 24-28).
ROOH + Heme-Fe+3 ROO• + Heme-Fe+2 + H+ (24)
ROOH + Heme-Fe+2 RO• + Heme-Fe+3 + HO• – (25)
———————————————————————
2ROOH ROO• + RO• + H2O (26)
RSH + Heme-Fe+3 RS• + Heme-Fe+2 + H+ (27)
Heme-Fe+2 + O2 Heme-Fe+3 + O2
• – (28)
Tanto a biliverdina quanto a bilirrubina possuem propriedades
pró e antioxidantes, além de propriedades tóxicas in vitro e in vivo.
O aumento da biliverdina é detectado em indivíduos com necrose
hepática e pode ampliar a atividade de certos oncogenes do fígado,
ocasionando câncer. No entanto, em condições normais a atividade
antioxidante da bilirrubina suplanta sua atividade prooxidante38.
A atividade antioxidante da bilirrubina ocorre principalmente
quando se encontra ligada à albumina sérica, sendo esse complexo
considerado um dos antioxidantes naturais dos fluidos extracelulares.
Essa atividade acontece principalmente devido à sua grande
reatividade com radicais peroxila (ROO•). No entanto, ela também
reage com radicais superóxido a 1/10 da velocidade do
ascorbato. A reação da bilirrubina com o oxigênio singleto é variável,
podendo ser tanto um gerador a partir do oxigênio tripleto,
quanto um desativador físico efetivo. Por último, essa exerce o papel
de regeneradora do α-tocoferol, embora com menor importância
que outros regeneradores, tais como o ascorbato (75) e a CoQ10
(101)16,38.
Figura 10. Sumário das reações envolvendo a atividade antioxidante do ácido
úrico
122 Barreiros et al. Quim. Nova
Flavonóides como antioxidantes
De modo geral, os polifenóis e em particular os flavonóides
possuem estrutura ideal para o seqüestro de radicais, sendo
antioxidantes mais efetivos que as vitaminas C e E. A atividade
antioxidante dos flavonóides depende da sua estrutura e pode ser
determinada por cinco fatores: reatividade como agente doador de
H e elétrons, estabilidade do radical flavanoil formado, reatividade
frente a outros antioxidantes, capacidade de quelar metais de transição
e solubilidade e interação com as membranas.
A atividade de seqüestro está diretamente ligada ao potencial
de oxidação dos flavonóides e das espécies a serem seqüestradas.
Quanto menor o potencial de oxidação do flavonóide, maior é
sua atividade como seqüestrador de radicais livres. Flavonóides
com potencial de oxidação menor que o do Fe+3 e Cu+2 e seus
complexos podem reduzir esses metais, sendo potencialmente
prooxidantes, tendo em vista que o Fe+2 e o Cu+ participam da
reação de Fenton geradora de radicais livres39. Quanto maior o
número de hidroxilas, maior a atividade como agente doador de
H e de elétrons40. Flavonóides monoidroxilados apresentam atividade
muito baixa, por ex. a 5-hidroxi-flavona tem atividade abaixo
dos limites de detecção. Flavonas possuindo apenas uma
hidroxila em 3, 6, 3’ ou 4’, assim como flavanonas apresentando
apenas uma hidroxila em 2’-OH, 3’-OH, 4’-OH, 6-OH também
mostram fraca atividade. A 7-hidroxi-flavanona representa uma
exceção, que pode ser justificada pela tendência maior da 7-OH
em doar H• devido à estabilização do radical formado por
deslocalização com a carbonila em C-4 (110 e 111) (Figura 11).
Entretanto, apesar dessa exceção, para proteger os lisossomos e
outras membranas contra o estresse oxidativo foi constatada a
necessidade de no mínimo duas hidroxilas fenólicas no flavonóide,
demonstrando que os monoidroxiflavonóides não são efetivos.
Entre os flavonóides diidroxilados, destacam-se aqueles que possuem
o sistema catecol (3’,4’-diidroxi) no anel B. Os flavonóides
com múltiplas hidroxilas como a miricetina (118), quecertina
(117), luteolina (119), fustina (120), eriodictiol (121) e taxifolina
(122) possuem forte atividade antioxidante quando comparados
ao α-tocoferol, ácido ascórbico, β-caroteno, glutationa, ácido úrico
e bilirrubina40,41 (Figura 11).
A estabilidade do radical livre flavanoil formado depende da
habilidade do flavonóide em deslocalizar o elétron desemparelhado.
A presença de hidroxilas em orto é o principal fator que auxilia
nessa deslocalização. Os outros fatores são a presença de insaturação
no anel C e hidroxila em C-4’ em B conjugada com a carbonila;
ângulo do anel B do flavonóide e do radical formado em relação ao
restante da estrutura, sendo que esse ângulo é regulado pela presença
ou ausência de hidroxila em C-3; presença de duas
insaturações em C; conjugação da carbonila em C-4 com hidroxila
em C-5 e, presença de hidroxila em C-7 42. A doação do H• ocorre
principalmente nas posições 7-OH > 4’-OH > 5-OH, seguindo a
seqüência das constantes de dissociação42. Os flavonóides, devido
ao seu caráter fracamente ácido encontram-se, em geral, parcialmente
ionizados, o que aumenta a estabilidade na posição C-4’ e
favorece a deslocalização do elétron desemparelhado do radical
formado entre os anéis A, B e C [por ex., quercetina parcialmente
ionizada em C-4’ (112)]. A doação do H radicalar para o radical
livre ocorre principalmente nas posições C-4’ (113) e C-7 (114).
Ambos os radicais livres formados podem ter seu elétron
deslocalizado pela estrutura, com maior estabilidade para os radicais
113, 115 e 116, devido à estabilização resultante das ligações
de hidrogênio4,42,43.
A remoção de metais de transição livres no meio biológico é
fundamental para a proteção antioxidante do organismo, visto que
esses catalisam as reações de Fenton (Equação 3) e de Haber-
Weiss (Equação 15). Para a atividade de quelação de metais de
transição é fundamental a presença de grupos orto-difenólicos,
onde o mais comum é o sistema 3’,4’-diidroxi, unidade catecol
em B e/ou estruturas cetol como 4-ceto-3-hidroxi e 4-ceto-5-
hidroxi. A substituição de qualquer uma das hidroxilas envolvidas
na quelação de metais reduz essa atividade devido, principalmente,
ao impedimento estérico provocado. Outros sistemas ortodifenólicos
em flavonóides menos comuns também podem quelar
os metais de transição, como por ex. o 6,7-diidroxi ou 7,8-
diidroxi4,39,43.
O último fator importante que influencia a atividade antioxidante
dos flavonóides é a sua interação com as biomembranas. A
lipofilicidade do flavonóide indica a incorporação desse pela membrana,
que é alvo da maioria das ERO e ERN. Assim, deve haver
uma concentração mínima do flavonóide por ácido graxo, de modo
a assegurar a presença de uma de suas moléculas próxima ao sítio
de ataque do radical44. Flavonóides que possuem uma cadeia de
açúcares ligada em sua estrutura são muito polares, não sendo assimilados
pela membrana, porém, nesta forma eles podem ser armazenados
em vesículas, possuindo um tempo maior de permanência
no organismo. Os flavonóides que são assimilados pelas
membranas exercem a função de moduladores de fluidez. Restringindo
essa fluidez os flavonóides geram um impedimento físico
para a difusão das ERO e ERN, de modo que decresce a cinética
das reações responsáveis pelo estresse oxidativo. Esse tipo de atividade
antioxidante é similar ao relatado para o α-tocoferol e o
colesterol45.
Figura 11. Flavonóides antioxidantes e mecanismo da estabilização elétron
desemparelhado
Vol. 29, No. 1 Estresse Oxidativo: Relação entre Geração de Espécies Reativas 123
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O organismo humano está sujeito ao estresse oxidativo causado
por ERO e ERN provenientes do meio ambiente ou geradas
pelo próprio organismo. Entre as biomoléculas alvo dessas espécies
encontram-se as que compõem membranas celulares, proteínas
DNA e RNA. Hoje em dia sabe-se que a ação de espécies oxidantes
sobre o DNA é responsável por mutação ou mesmo oncogênese.
No entanto, o organismo é protegido em parte por macro e micromoléculas
de origem endógenea ou obtidas diretamente da dieta. A
proteção enzimática baseia-se quase que exclusivamente na decomposição
de ânion superóxido ou dismutação de peróxido de hidrogênio,
agentes oxidantes brandos. Cabe às micromoléculas, tais
como tocoferóis, carotenóides e flavonóides entre outros, o papel
de impedir o ataque de ERO e ERN ou regenerar os danos causados
em sistemas biológicos essenciais. O mecanismo complexo de
atividade anti e pró-oxidante destas substâncias é alvo de extensos
estudos científicos contemporâneos, tendo em vista que o sucesso
destas investigações está diretamente relacionado com a melhoria
da qualidade de vida do ser humano.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq, à FAPESB e ao IMSEAR pelas bolsas e auxílios.
LISTA DE ABREVIATURAS
8OHdA – 5’-8-ciclo-2’-desoxiadenosina
8OHdG – 5’-8-ciclo-2’-desoxiguanosina
8-oxoA – 8-oxo-7,8-diidro-2’-desoxiadenosídeo
8-oxoG – 8-oxo-7,8-diidro-2’-desoxiguanosídeo
AG-CoA – Ácido graxo coenzima A
CAT - Catalase
ERN – Espécies Reativas de Nitrogênio
ERO – Espécies Reativas de Oxigênio
FapyA – 4,6-diamino-5-formamido-pirimidina
FapyG – 2,6-diamino-4-hidroxi-5-formamidopirimidina
GPx – Se-glutationa peroxidase
GR – Glutationa Redutase
GSH – Glutationa
HPODE – Ácido hidroperoxioctadecadienóico
PMHC – 2,2,5,7,8-pentametil-6-hidroxicromano
SHi – Substituição Homolítica Intramolecular
SOD – Superóxido dismutase
TMMP – 2,3,5,6-tetrametil-4-metoxifenol
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LICOPENO COMO AGENTE ANTIOXIDANTE

Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004 Revista de Nutrição
COMUNICAÇÃO | COMMUNICATION
1 Curso de Especialização em Terapia Nutricional, Departamento de Nutrição, Centro de Ciências da Saúde, Universidade
Federal de Santa Catarina. E-mail: shami@terra.com.br
2 Departamento de Nutrição, Centro Ciências da Saúde, Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Universitário,
Trindade, 88040-970, Florianópolis, SC, Brasil. Correspondência para/Correspondence to: E.A.M. MOREIRA. E-mail:
addison@ccs.ufsc.br
Licopeno como agente antioxidante
Lycopene as an antioxidant agent
Najua Juma Ismail Esh SHAMI1
Emília Addison Machado MOREIRA2
R E S U M O
Este trabalho constitui uma revisão de dados científicos sobre o consumo de licopeno e sua ação como fator
antioxidante. O licopeno é considerado o carotenóide que possui a maior capacidade seqüestrante do oxigênio
singlete. Radicais livres agem continuamente no organismo, podendo desencadear danos celulares e serem
os responsáveis pelo desenvolvimento de câncer e certas doenças crônicas. Estudos mostram que o licopeno
protege moléculas de lipídios, lipoproteínas de baixa densidade, proteínas e DNA contra o ataque dos
radicais, tendo um papel essencial na proteção de doenças. Como prevenção, preconiza-se o consumo de
dietas ricas em alimentos fontes de licopeno: tomates e seus produtos (purê, pasta, catchup), mamão, pitanga
e goiaba; que aportem cerca de 35mg de licopeno ao dia.
Termos de indexação: licopeno, antioxidantes, radicais livres, carotenóides, tomates, Lycopersicon esculentum.
A B S T R A C T
This paper is a review of scientific data about lycopene as an antioxidant agent. Lycopene is considered the
carotenoid that has the highest capacity of capturing the singlet oxygen. Free radicals are continuously acting
on the organism, being capable of promoting cellular damage and development of cancer among other
chronic diseases. Studies show that lycopene protects lipid molecules, low-density lipoproteins, proteins and
DNA against the attack of free radicals. They have an essential function in the protection against diseases. As
a precaution, one should eat foods that are a source of lycopene: tomatoes and tomato-products (purée,
pasta, ketchup), papaya, pitanga and guava; to provide approximately 35mg of lycopene a day.
Index terms: Lycopene, antioxidants, free radicals, carotenoids, tomatoes, Lycopersicon esculentum.
228 | N.J.I.E. SHAMI & E.A.M. MOREIRA
Revista de Nutrição Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004
I N T R O D U Ç Ã O
A preocupação com a ação dos antioxidantes
e a sua relação com os radicais livres se
tornou essencial à compreensão de algumas
etiopatogenias.
Os radicais livres são átomos ou moléculas
produzidas continuamente durante os processos
metabólicos e atuam como mediadores para a
transferência de elétrons em várias reações
bioquímicas, desempenhando funções relevantes
no metabolismo. As principais fontes de radicais
livres são as organelas citoplasmáticas que
metabolizam o oxigênio, o nitrogênio e o cloro,
gerando grande quantidade de metabólitos1.
A produção excessiva de radicais livres
pode conduzir a diversas formas de dano celular
e sua cronicidade pode estar envolvida com a
etiogênese ou com o desenvolvimento de
numerosas doenças2.
As lesões causadas pelos radicais livres nas
células podem ser prevenidas ou reduzidas por
meio da atividade de antioxidantes, sendo estes
encontrados em muitos alimentos3. Os antioxidantes
podem agir diretamente na neutralização
da ação dos radicais livres ou participar indiretamente
de sistemas enzimáticos com essa função.
Dentre os antioxidantes estão a vitamina C, a
glutationa, o ácido úrico, a vitamina E e os
carotenóides4.
Os carotenóides, juntamente com as
vitaminas, são as substâncias mais investigadas
como agentes quimiopreventivos, funcionando
como antioxidantes em sistemas biológicos5.
Algumas das principais fontes de carotenóides
são cenouras e abóboras (α e β-caroteno),
tomates e produtos derivados, como extrato, polpa
e molhos (licopeno) e espinafre (luteína)6,7.
O licopeno aparece atualmente como um
dos mais potentes antioxidantes, sendo sugerido
na prevenção da carcinogênese e aterogênese por
proteger moléculas como lipídios, lipoproteínas de
baixa densidade (LDL), proteínas e DNA8.
Assim, esta revisão traz uma breve descrição
da ação de radicais livres e antioxidantes,
enfatizando o licopeno como agente na
prevenção de certas doenças crônicas, bem como
a sua utilização na prática nutricional.
A Ç Ã O D O S R A D I C A I S
L I V R E S N O O R G A N I S M O
O termo radical livre é freqüentemente
usado para designar qualquer átomo ou molécula
com existência independente, contendo um ou
mais elétrons não pareados, nos orbitais externos.
Isto determina uma atração para um campo
magnético, o que pode torná-lo altamente reativo,
capaz de reagir com qualquer composto situado
próximo à sua órbita externa, passando a ter uma
função oxidante ou redutora de elétrons9 .
Dentre os radicais livres estão incluídos o
superóxido (O2
•-), a hidroxila (OH•), o hidroperóxido
(HO2
•), o óxido nítrico (NO•) e o dióxido de
nitrogênio (NO2
•).6 Destes, o radical hidroxila é o
mais reativo na indução de lesões nas moléculas
celulares e o peróxido de hidrogênio, apesar de
não ser considerado um potente radical livre, é
capaz de atravessar a membrana nuclear e induzir
danos na molécula de DNA10.
A geração de radicais livres constitui uma
ação contínua e fisiológica, cumprindo funções
biológicas essenciais. São formados em um cenário
de reações de óxido-redução, provocando ou
resultando dessas reações. Podem ceder o elétron
solitário e serem oxidados; ou podem receber
outro elétron e serem reduzidos11.
São gerados a partir de dois sistemas
enzimáticos: o sistema oxidativo de NADP+/
NADP+H+ e o da mieloperoxidase. Sua fonte
principal de produção é a explosão respiratória
(respiratory burst) durante a ativação de glóbulos
brancos como neutrófilos, monócitos, macrófagos,
eosinófilos, entre outros. Podem também ser
formados a partir do oxigênio e seus derivados,
dos radicais alcoxi e peróxido, do ozônio, de
metais de transição e da reação de Fenton1.
LICOPENO COMO AGENTE ANTIOXIDANTE | 229
Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004 Revista de Nutrição
A geração de radicais livres pode ocorrer
no citoplasma, nas mitocôndrias ou na membrana,
e o seu alvo celular (proteínas, lipídeos, carboidratos
e moléculas de DNA) está relacionado
com seu sítio de formação10.
Como fontes exógenas de radicais livres
encontramos as radiações gama e ultravioleta, os
medicamentos, a dieta, o cigarro e os poluentes
ambientais9.
Embora uma pequena quantidade de
radicais livres seja necessária para manutenção
da vida, sua produção excessiva, maior do que a
sua velocidade de remoção, pode conduzir a
diversas formas de dano celular. Cooper12 cita que
animais demonstraram lesões tissulares,
diminuição do crescimento e outros danos quando
eram expostos a concentrações elevadas de
oxigênio. Em humanos, a respiração de oxigênio
puro durante um período de até 6 horas causava
mal estar torácico, tosse e dor de garganta;
períodos de exposição mais prolongados eram
capazes de destruir células das vias respiratórias.
Em um organismo, a existência de um
desequilíbrio em favor da geração excessiva de
radicais livres, ou em detrimento da velocidade
de remoção destas espécies, é conhecida como
estresse oxidativo e pode conduzir à oxidação
maciça de substratos biológicos. A cronicidade
desse estresse oxidativo, no ambiente celular, pode
causar severos problemas metabólicos e estar
envolvida na origem e no desenvolvimento de
numerosas doenças13.
Buzzini & Matsudo14 relatam que os
radicais livres além do próprio processo de
envelhecimento, estão envolvidos em aproximadamente
40 doenças, entre as quais o câncer e a
aterosclerose, as duas principais causas de morte
atualmente.
Além do câncer e da aterosclerose, os
efeitos tóxicos dos radicais livres estão relacionados
com doenças como porfirias, cataratas, sobrecarga
de ferro e cobre, doença de Alzheimer, diabetes,
inflamações crônicas, doenças auto-imunes e
situações de injúria por isquemia. Outras causas
da ação de radicais livres é a ocorrência da doença
de Parkinson, da artrite reumatóide e da doença
intestinal inflamatória13,15.
Além disso, o ataque dos radicais sobre o
DNA, RNA e proteínas pode gerar citotoxicidade,
alergias, mutagênese e/ou carcinogênese,
dependendo da proporção da exposição16.
De maneira geral, a toxicidade local dos
radicais livres e de outros produtos tóxicos do
oxigênio constitui a via comum final da lesão
tecidual em uma variedade de doenças9.
C A R O T E N Ó I D E S C O M O
A G E N T E S A N T I O X I D A N T E S
Os antioxidantes podem ser definidos
como qualquer substância que, presente em baixas
concentrações, quando comparada a um substrato
oxidável, atrasa ou inibe a oxidação desse
substrato de maneira eficaz17,18,19.
O sistema de defesa antioxidante é
formado por compostos enzimáticos e não-
-enzimáticos, estando presentes tanto no
organismo (localizados dentro das células ou na
circulação sangüínea) como nos alimentos
ingeridos20.
No sistema enzimático estão presentes
as enzimas superóxido-dismutase, glutationa-
-peroxidase e catalases. Várias enzimas antioxidantes
são metaloenzimas, que contêm traços de
minerais. A glutationa-peroxidase é uma enzima
dependente de selênio, e a enzima superóxidodismutase
contém manganês, zinco ou cobre,
dependendo da sua localização nos compartimentos
celulares15.
Dos componentes não-enzimáticos da
defesa antioxidante destacam-se alguns minerais
(cobre, manganês, zinco, selênio e ferro),
vitaminas (ácido ascórbico, vitamina E, vitamina
A), carotenóides (beta-caroteno, licopeno e
luteína), bioflavonóides (genisteína, quercetina) e
taninos (catequinas)3.
Os carotenóides são corantes naturais
presentes nas frutas e vegetais (cenouras, tomates,
230 | N.J.I.E. SHAMI & E.A.M. MOREIRA
Revista de Nutrição Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004
espinafre, laranjas, pêssegos, entre outros), sendo
que sua estrutura química é composta por ligações
duplas conjugadas, que são responsáveis por sua
cor e por algumas de suas funções biológicas21.
Estudos mostram a relação entre o
aumento no consumo de alimentos ricos em
carotenóides e a diminuição no risco de várias
doenças. Segundo Olson22, os carotenóides
seqüestram o oxigênio singlete, removem os
radicais peróxidos, modulam o metabolismo
carcinogênico, inibem a proliferação celular,
estimulam a comunicação entre células (junções
gap), e elevam a resposta imune.
Testes in vitro e in vivo sugerem que os
carotenóides são excelentes antioxidantes,
seqüestrando e inativando os radicais livres23.
A ação seqüestrante de radicais é proporcional
ao número de ligações duplas conjugadas,
presentes nas moléculas dos carotenóides. O
mecanismo pelo qual os carotenóides protegem
os sistemas biológicos dos radicais depende da
transferência de energia do oxigênio excitado para
a molécula do carotenóide, em que a energia é
dissipada por meio de rotações e vibrações do
carotenóide no meio solvente21.
Os carotenóides reagem com os radicais
livres, notavelmente com os radicais peróxidos e
com o oxigênio molecular, sendo a base de sua
ação antioxidante. Carotenóides como o beta-
-caroteno, licopeno, zeaxantina e luteína, exercem
funções antioxidantes em fases lipídicas, bloqueando
os radicais livres que danificam as
membranas lipoprotéicas19.
L I C O P E N O C O M O
A N T I O X I D A N T E
O licopeno é um carotenóide sem a
atividade pró-vitamina A, lipossolúvel, composto
por onze ligações conjugadas e duas ligações
duplas não conjugadas. O licopeno é tido como o
carotenóide que possui a maior capacidade
seqüestrante do oxigênio singlete, possivelmente
devido à presença das duas ligações duplas não
conjugadas, o que lhe oferece maior reatividade24,25.
É o carotenóide predominante no plasma
e nos tecidos humanos, sendo encontrado em um
número limitado de alimentos de cor vermelha,
como tomates e seus produtos, goiaba, melancia,
mamão e pitanga26.
Tomates e derivados aparecem como as
maiores fontes de licopeno27,28. O tomate cru
apresenta, em média, 30mg de licopeno/kg do
fruto; o suco de tomate cerca de 150mg de
licopeno/litro; e o catchup contém em média
100mg/kg21.
O licopeno presente nos tomates varia
conforme o tipo e o grau de amadurecimento dos
mesmos. Segundo Giovannucci29, o tomate
vermelho maduro contém maior quantidade de
licopeno que de beta-caroteno, sendo responsável
pela cor vermelha predominante. As cores das
espécies de tomate diferem do amarelo para o
vermelho alaranjado, dependendo da razão
licopeno/beta-caroteno da fruta, que também está
associada com a presença da enzima beta-ciclase,
a qual participa da transformação do licopeno em
beta-caroteno.
Em relação à biodisponibilidade, verificouse
que o consumo de molho de tomate aumenta
as concentrações séricas de licopeno em taxas
maiores do que o consumo de tomates crus ou
suco de tomate fresco. A ingestão de molho de
tomate cozido em óleo resultou em um aumento
de 2 a 3 vezes da concentração sérica de licopeno
um dia após sua ingestão, mas nenhuma
alteração ocorreu quando se administrou suco de
tomate fresco30.
Essa diferença de biodisponibilidade está
relacionada com as formas isoméricas apresentadas
pelo licopeno. Clinton et al.31 demonstraram
que 79% a 91% do licopeno presente nos
tomates e seus produtos encontram-se sob a forma
do isômero trans (trans-licopeno), em contraste
LICOPENO COMO AGENTE ANTIOXIDANTE | 231
Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004 Revista de Nutrição
com os níveis de licopeno sérico e tissulares, que
se encontram em mais de 50% na forma de
isômero cis (cis-licopeno). O licopeno ingerido, na
sua forma natural (trans-licopeno), é pouco
absorvido, mas estudos demostram que o
processamento térmico dos tomates e seus
produtos melhora a sua biodisponibilidade. O
processamento térmico rompe a parede celular e
permite a extração do licopeno dos cromoplastos32.
Os nutrientes presentes no tomate (lipídios,
proteínas e fibras) podem contribuir para a
estabilidade dos trans-isômeros de licopeno na
fruta. Durante a digestão e absorção, o licopeno
é separado dos demais nutrientes e incorporado
a micelas. É possível que ocorra a isomerização
do licopeno nesta separação, alterando a
configuração do licopeno de trans para cis-
-isômero. Dados sugerem que os cis-isômeros de
licopeno são mais bem absorvidos, pela sua melhor
solubilidade em micelas e por não se agregarem33.
Alguns tipos de fibras, encontradas nos
alimentos, como a pectina, podem reduzir a
biodisponibilidade do licopeno, diminuindo a sua
absorção devido ao aumento da viscosidade34.
L I C O P E N O: R E L A Ç Ã O C O M
C Â N C E R E D O E N Ç A S
C A R D I O V A S C U L A R E S
O interesse no licopeno e no seu potencial
papel protetor sobre a carcinogênese iniciou
quando Giovannucci et al.35 demonstraram uma
relação inversa entre a ingestão de licopeno e a
incidência de câncer de próstata. O consumo de
alimentos ricos em licopeno, bem como uma
maior concentração de licopeno no sangue, foi
associado a um menor risco de câncer, principalmente
de próstata. O licopeno é encontrado
na próstata humana, sugerindo a possibilidade
biológica de um efeito direto deste carotenóide
na função da próstata e na da carcinogênese36,37.
Apesar das evidências protetoras do
licopeno no câncer de próstata, estudos têm
demonstrado resultados inconsistentes sobre este
efeito38. Esta inconsistência pode ser parcialmente
explicada por problemas com a biodisponibilidade
do licopeno de diferentes fontes alimentares39.
Michaud et al.40 relataram que a ingestão
de carotenóides reduziu em 32% o risco de câncer
de pulmão em não fumantes. Uma maior ingestão
de α-caroteno reduzia em 63% o risco de
desenvolver câncer em não-fumantes. Em
fumantes, no entanto, a redução do risco era
insignificante para os demais antioxidantes, exceto
licopeno. Verificou-se, então, que o fumo alterava
a concentração de muitos carotenóides, mas não
do licopeno. Uma significativa redução no risco
de câncer era notada com o aumento no consumo
de licopeno40, corroborando a literatura médica41.
O licopeno apresenta maior eficiência na proteção
das membranas celulares contra as lesões causadas
pelo radical dióxido de nitrogênio (encontrado no
fumo); e, desta forma, despontou como tendo um
papel especial na prevenção do câncer de
pulmão42.
O licopeno é um eficiente inibidor da
proliferação celular, sendo que os diferentes
efeitos observados sob várias condições poderiam
ser determinados pela concentração de licopeno
presente no local. O licopeno é bem distribuído
em muitos tecidos do corpo, sendo o fígado o
órgão que mais o acumula43.
Existem evidências de que o consumo de
tomates e de seus produtos está associado a uma
redução do risco de câncer e doenças cardiovasculares.
Sua proteção recai sobre lipídios,
lipoproteínas de baixa densidade (LDL), proteínas
e DNA44.
O consumo de licopeno também está sendo
inversamente associado com risco de infarto do
miocárdio45. A oxidação da molécula de LDL é o
passo inicial para o desenvolvimento do processo
aterogênico e conseqüente doença coronária46;
embora exista um limite na evidência de que uma
suplementação de licopeno possa reduzir os níveis
de LDL-colesterol26.
232 | N.J.I.E. SHAMI & E.A.M. MOREIRA
Revista de Nutrição Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004
Tabela 2. Refeições do desjejum, colação, lanche e ceia do cardápio número 1 de 2000Kcal*1 com 36mg de licopeno/dia.
Refeição/ Preparação/ Alimento
Desjejum
Pão com queijo:
Pão francês
Queijo minas
Café com leite:
Leite integral
Café solúvel
Açúcar
Mamão
Colação
Goiaba vermelha
Lanche
Bolo simples
Suco de maracujá:
Maracujá
Água
Açúcar
Ceia
Salada de frutas:
Manga
Maçã
Mamão
Banana
Suco de laranja
Medida Caseira
1 pão
1 fatia
½ xícara de chá
1 colher de café
2 colheres de café
1 fatia
1 unidade
1 fatia
1 copo
½ unidade
1 copo
2 colheres de chá
1 fatia
½ unidade
1 fatia
½ unidade
1 copo pequeno
Quantidade (g)
50
25
80
5
10
80
130
80
250
35
250
20
40
50
80
20
150
Quantidade de licopeno (mg)*2
-
-
-
-
-
1.52
6.89
-
-
-
-
-
-
-
1.68
-
-
(*1) Cálculo do cardápio obtido através do Programa de Apoio à Nutrição34.
(*2) Valores baseados nas quantidades de licopeno apresentadas nas Tabelas 1 e 2: Rodriguez-Amaya38.
Tabela 1. Conteúdo de licopeno (μg/g) em frutas e em produtos processados do tomate.
Frutas
Goiaba vermelha
Mamão
Formosa
Formosa
Tailândia
Pitanga
Tomate
Produto
Purê de tomate
Pasta de tomate
Catchup
Parte consumida
Inteira
Polpa
Polpa
Polpa
Polpa
Inteiro
Classificação
Tipo A
Tipo A
Tipo A
Tipo B
Tipo B
Tipo B
Tipo A
Tipo A
Tipo B
Tipo B
Tipo A
53 ± 6
19 ± 4
26 ± 3
40 ± 6
73 ± 1
31 ± 20
Caixinha
Garrafa
Lata
Caixinha
Garrafa
Lata
Garrafa
Lata
Garrafa
Lata
-
São Paulo
São Paulo
Bahia
Bahia
Pernambuco
São Paulo
Licopeno (x±sd) (μg/g produto)
133 ± 8
134 ± 58
114 ± 89
088 ± 43
194 ± 81
074 ± 18
170 ± 61
164 ± 53
158 ± 22
183 ± 23
103 ± 41
Fonte: Rodriguez-Amaya38.
Licopeno (x±sd) (μg licopeno/g da fruta)
Embalagem
Local de produção
LICOPENO COMO AGENTE ANTIOXIDANTE | 233
Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004 Revista de Nutrição
Tabela 3. Almoço do cardápio número 1 de 2000kcal*1 com 36mg de licopeno/dia.
Refeição/ Preparação/ Alimento
Salada mista
Alface
Tomate
Cenoura cozida
Óleo de oliva
Sal
Macarrão ao sugo
Macarrão
Molho de tomate
Óleo de soja
Sal
Queijo parmesão ralado
Bife grelhado
Bife bovino
Óleo de soja
Sal
Suco de limão (1 copo)
Limão
Água
Açúcar
Pêra
Medida Caseira
3 folhas
1 unidade
½ unidade
1 colher de chá
½ colher de café
1 prato raso
1 concha
1 colher sobremesa
1 colher de café
1 colher de chá
1 unidade
1 colher sobremesa
1 colher de café
½ unidade
1 copo
2 colheres de chá
1 unidade
Quantidade (g)
10
120
40
2
0.5
130
100
5
1
2
90
5
1
250
30
250
20
70
Quantidade de licopeno (mg)*2
-
3.72
-
-
-
-
13.3
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
(*1) Cálculo do cardápio obtido através do Programa de Apoio à Nutrição34.
(*2) Valores baseados nas quantidades de licopeno apresentadas nas Tabelas 1 e 2: Rodriguez-Amaya38.
Tabela 4. Jantar do cardápio número 1 de 2000Kcal*1 com 36mg de licopeno/dia.
Refeição/ Preparação/ Alimento
Sopa de legumes
Batata
Cenoura
Couve
Tomate
Cebola
Chuchu
Óleo de soja
Sal
Risoto de frango
Arroz cozido
Frango cozido
Molho de tomate
Ervilha
Óleo de soja
Sal
Medida Caseira
½ unidade
½ unidade
1 folha
1 unidade
2 colheres de sopa
½ unidade
1 colher sobremesa
1 colher de café
1 ½ escumadeira
2 colheres de sopa
2 colheres de sopa
1 colher de sopa
1 colher sobremesa
1 colher de café
Quantidade (g)
70
40
35
120
20
60
5
1
130
30
40
10
5
1
Quantidade de licopeno (mg)*2
-
-
-
3.72
-
-
-
-
-
-
5.32
-
-
-
(*1 ) Cálculo do cardápio obtido através do Programa de Apoio à Nutrição34.
(*2) Valores baseados nas quantidades de licopeno apresentadas nas Tabelas 1 e 2: Rodriguez-Amaya38.
234 | N.J.I.E. SHAMI & E.A.M. MOREIRA
Revista de Nutrição Rev. Nutr., Campinas, 17(2):227-236, abr./jun., 2004
C O N S U M O D E L I C O P E N O N A
P R Á T I C A N U T R I C I O N A L
O licopeno, como os demais carotenóides,
se encontra em maiores quantidades na casca dos
alimentos, aumentando consideravelmente
durante o seu amadurecimento. Sua concentração
é maior nos alimentos produzidos em regiões de
climas quentes47.
O efeito climático ou geográfico sobre a
quantidade do licopeno presente em frutas pode
ser verificado comparando-se o cultivo em regiões
diferentes. O tomate comum brasileiro tem menores
quantidades de licopeno do que a goiaba, o
mamão tailândia e a pitanga; no entanto, outras
variedades de tomate podem ter maiores
concentrações de licopeno (Tabela 1).
A quantidade de licopeno em produtos
processados depende da composição do alimento
de origem e das condições de processamento. Os
níveis de licopeno nos produtos processados são
geralmente maiores do que os encontrados em
alimentos crus, dado que há concentração do
produto no processamento, como pode ser visto
no purê e na pasta de tomate (Tabela 1).
Segundo um estudo realizado, no Canadá
por Rao et al.48, a média de ingestão de licopeno,
verificada por meio de questionários de freqüência
alimentar, foi de 25mg por dia, com 50% desta
ingestão representada por tomates frescos.
Considerando que os tomates frescos são menos
biodisponíveis que os tomates processados, os
autores concluíram que uma maior ingestão de
tomates processados seria aconselhada. Desta
forma, Rao & Agarwal46 sugerem que o valor de
35mg/dia seria uma ingestão média diária
apropriada deste antioxidante.
Um exemplo de cardápios de 2000kcal,
utilizando fontes de licopeno (tomates e produtos,
goiaba vermelha, mamão) é apresentados nas
Tabelas 2, 3 e 4. O valor nutricional do cardápio
é: Energia: 2000kcal; Proteínas: 65 gramas
(12,5%); Carboidratos: 323 gramas (65%);
Lipídios: 50 gramas (22,5%); Licopeno: 36mg.
Portanto, como orientação dietética seria
necessário estimular o consumo de alimentos
fontes de licopeno, bem como de frutas e vegetais
ricos em antioxidantes de maneira geral,
procurando suprir as necessidades diárias, para
evitar o estresse oxidativo e os danos celulares.
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Recebido para publicação em 11 de novembro de 2002 e
aceito em 27 de julho de 2003.