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O oxigênio é um elemento químico não metálico altamente reativo e extremamente importante para diversos processos biológicos dos organismos, atuando em diversas fases do metabolismo. A sua ocorrência nas células se dá na forma de dioxigênio, gás diatômico de fórmula O2. Dentre suas propriedades mais importantes, pode-se mencionar a elevada eletronegatividade, grande abundância na atmosfera terrestre e forte capacidade oxidante [1].
Interessantemente, o oxigênio molecular pode ter efeitos positivos e negativos para os organismos. Componente essencial dos processos de respiração, o oxigênio é o aceptor final da cadeia de elétrons, sendo reduzido a água na fosforilação oxidativa. Entretanto, o oxigênio é tóxico para organismos anaeróbios ou parcialmente anaeróbios. Assim, os microrganismos que apresentam esse tipo de metabolismo crescem pouco ou nada em atmosferas ricas em oxigênio. Com o passar do tempo, os organismos estabelecem diversas formas de minimizar os impactos negativos trazidos pelo excesso de oxigênio, porém em todos ainda existe alguma quantidade de dano [2]. A toxicidade do oxigênio pode ser explicada pelo produto da oxidação incompleta do O2, resultando na formação de espécies reativas de oxigênio. A redução completa do O2 a H20 se dá na fosforilação oxidativa.
Radicais livres[editar | editar código-fonte]
Os radicais livres são moléculas que apresentam um ou mais elétrons desemparelhados, tornando-as instáveis. Existem uma série de radicais livres que fazem parte das espécies reativas de oxigênio (EROs) e das espécies reativas de nitrogênio (ERNs). Entretanto, é importante salientar que nem todas as espécies reativas de oxigênio são radicais livres, ou seja, existem EROs não-radicalares, como é o caso do peróxido de hidrogênio (H2O2). Ao considerar que alguns radicais livres podem atuar como sinalizadores fisiológicos importantes para o organismo, determina-se que desequilíbrio na quantidade de radicais livres pode ser prejudicial à célula e ao organismo, sendo fundamental a garantia da homeostase celular por meio da produção de moléculas antioxidantes para combatê-los [3].
Histórico Biogeoquímico[editar | editar código-fonte]
Historicamente, estudos apontam para um aumento muito significativo de oxigênio na atmosfera terrestre entre 2,4 e 2,1 bilhões de anos atrás, evento conhecido como o Grande evento de oxidação (GEO). As evidências para tal assunção são a presença de solos vermelhos e o desaparecimento de minerais facilmente oxidáveis nos extratos de solo correspondentes ao período [4]. Hipóteses iniciais concebiam a ideia de dois grandes eventos pontuais temporalmente, responsáveis pelo aumento do oxigênio atmosférico: o primeiro entre 2,4 e 2,3 bilhões de anos atrás e o segundo há aproximadamente 600 milhões de anos, sem variação nas concentrações de oxigênio atmosférico no período intermediário. Entretanto, trabalhos recentes trazem novas perspectivas acerca dos níveis de oxigênio atmosférico, postulando um primeiro aumento entre 2,4 e 2,3 bilhões de anos atrás seguido de uma grande queda, resultando em níveis baixos por mais de 1 bilhão de anos até o segundo evento há 600 milhões de anos garantir a estabilização dos níveis de oxigênio atmosférico em patamares mais elevados. Outra ideia emergente é a visão do GEO como um processo e não como um evento pontual, no qual as subsequentes variações nas concentrações de oxigênio na atmosfera refletiram dinâmicas de produção e armazenamento da molécula ao longo do tempo, culminando em algum momento em uma produção maior que tornou as concentrações de O2 atmosférico constantes [4].
Embora o evento seja, de forma geral, um consenso da comunidade científica, uma série de questões ainda não foram esclarecidas, como por exemplo se o surgimento da fotossíntese ocorreu ao mesmo tempo ou se surgiu anteriormente ao GEO [4].
Em termos orgânicos, a oxidação dos oceanos e da atmosfera terrestre culminou na extinção em massa de bactérias anaeróbias. Uma das hipóteses iniciais para tal fenômeno era uma possível ausência de mecanismos de controle dos níveis de espécies reativas de oxigênio presentes nas células. No entanto, a visão apresentada é de certo modo equivocada, uma vez que microrganismos anaeróbios e aeróbios apresentam de modo geral os mesmos mecanismos antioxidantes. Postula-se, então, que a sobrevivência dos organismos anaeróbios se deu através da restrição de habitat, geralmente vivendo em regiões oceânicas anóxicas. Alternativamente, alguns grupos desenvolveram formas de tolerar e até utilizar o oxigênio em seu metabolismo. Entretanto, a tolerância destes organismos se dá apenas em locais com baixos níveis de oxigênio, sendo o aumento das concentrações da molécula um fator de restrição de crescimento das populações dos microrganismos em questão [5].
Estresse Oxidativo[editar | editar código-fonte]
O estresse oxidativo está relacionado a um aumento de radicais livres ou a uma diminuição na quantidade de antioxidantes. As vias metabólicas do corpo naturalmente produzem radicais livres/espécies reativas de oxigênio, os quais atacam especialmente gorduras, proteínas e ácidos nucléicos [6]. As espécies reativas de oxigênio (ERO) são importantes ao funcionamento do metabolismo quando em quantidades moderadas, auxiliando na proteção contra infecções. As EROs são fundamentais para a homeostase celular, sendo associada com várias respostas metabólicas, trabalhando com a sinalização. Porém, quando em elevadas concentrações, podem ser danosos aos sistemas biológicos. O aumento de EROs danifica constituintes celulares como o DNA, degenerando a fita dupla, degradando as bases nitrogenadas, aumentando a transformação, a translocação e cross-linking com proteínas. Tais alterações no DNA são associadas com o envelhecimento, carcinogênese e doenças autoimunes, cardiovasculares e neurodegenerativas [6].
Cadeia de Transporte de Elétrons[editar | editar código-fonte]
A principal origem de radicais livres é a mitocôndria, onde ocorrem uma série de reações com a finalidade de obtenção de energia na forma de ATP. Composta por quatro complexos e localizada na membrana interna da mitocôndria, a cadeia de transporte de elétrons atua, de forma geral, transferindo um elétron de um complexo para outro, de modo a gerar energia suficiente para o bombeamento de prótons para o espaço intermembranas. A formação do gradiente de prótons decorrente da cadeia induz a atividade da ATP sintase que, utilizando-se da força próton-motriz, é capaz de formar ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico [7].
porém existem outras fontes celulares que também contribuem para a presença destes. A enzima xantina oxidase, os neutrófilos, eosinofilos e macrofagos também são fontes endogenas de radicais livres para a célula. Macrófagos ativados aumentam a demanda de oxigênio, levando a um aumento de EROs. Radicais livres podem ser produzidos, também, por processos exógenos como agentes ambientais e xenobióticos (radiação, íons de metal) [8].
Biologia do Estresse Oxidativo[editar | editar código-fonte]
O oxigênio é fundamental para o metabolismo de organismos aeróbios, estando associado a diversos processos celulares. Espécies reativas de oxigênio são produzidas naturalmente pelo metabolismo, sendo essencial para a vida, desempenhando papéis fisiológicos. Porém, paradoxalmente, o excesso de espécies reativas de oxigênio pode ser danoso ao funcionamento celular. A alta reatividade das ERO advém da habilidade desta reagir com a molécula de DNA, danificando as bases purinas e pirimidinas, além da estrutura de desoxirribose [8]. Como efeitos benéficos, as ERO estão associadas com mecanismos regulatórios; capacitação do esperma, fertilização e desenvolvimento do embrião; sinalização intracelular e defesa contra micróbios invasores. Efeitos danosos das ERO são a mutação do DNA, ativação de fatores pro-morte celular, danos oxidativos a proteínas e peroxidação de lipídios [8]. Assim, para que o metabolismo funcione adequadamente é necessário um equilíbrio dos níveis de espécies reativas de oxigênio, que maneja sua ação protetora e destruidora. Quando o equilíbrio é quebrado, danos provenientes do estresse oxidativo ocorrem [8].
Moléculas antioxidantes[editar | editar código-fonte]
Moléculas antioxidantes são capazes de evitar ou remover o estresse oxidativo associado a doenças ao contra atacar os efeitos deteriorativos das espécies reativas. Assim, essas moléculas desempenham um papel crucial em conservar a homeostase celular. Existe uma grande diversidade de antioxidantes, tanto naturais quanto sintéticos [6].
Quadros clínicos[editar | editar código-fonte]
Hipóxia[editar | editar código-fonte]
Hiperóxia é o nome dado ao excesso de oxigênio nos tecidos do corpo. Esse efeito é comumente observado em pacientes que utilizam respiração com oxigênio suplementar. O uso de oxigênio suplementar pode resultar em efeitos físicos, fisiológicos e bioquímicos/celulares. Os efeitos bioquímicos e celulares estão associados à toxicidade do oxigênio molecular, o qual pode resultar em danos e morte celular com efeitos mais óbvios observados no sistema nervoso central, pulmões e olhos [9]. A base bioquímica para o fenômeno de hiperóxia é a formação de radicais livres, que possuem um ou mais pares de elétrons despareados, tornando-os extremamente instáveis. As variedades de oxigênio reativas mais biologicamente significantes são a hidroxila e o peroxinitrito. O peroxinitrito interage com lipídios, DNA e proteínas via reações de oxidação. Tais reações desencadeiam respostas celulares que oscilam de modulações sutis de sinalização celular a um dano oxidativo avassalador, resultando em necrose ou apoptose. Ainda há muito a ser compreendido sobre os mecanismos moleculares associados à hipóxia e hiperóxia [9].
- ↑ Zhu, Hong et al. “Oxygen and Oxygen Toxicity: The Birth of Concepts.” Reactive oxygen species (Apex, N.C.) vol. 1,1 (2016): 1-8. doi:10.20455/ros.2016.801
- ↑ Khademian, M. Imley, J. How microbes evolved to tolerate oxygen. Cell Press. 2021. 29 (5). 428-440.
- ↑ Levine, A. B., Punihaole, D., & Levine, T. B. (2012). Characterization of the Role of Nitric Oxide and Its Clinical Applications. Cardiology, 122(1), 55–68. doi:10.1159/000338150
- ↑ a b c Lyons, T. W., Reinhard, C. T., & Planavsky, N. J. (2014). The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere. Nature, 506(7488), 307–315. doi:10.1038/nature13068
- ↑ Lu, Z., & Imlay, J. A. (2021). When anaerobes encounter oxygen: mechanisms of oxygen toxicity, tolerance and defence. Nature Reviews Microbiology. doi:10.1038/s41579-021-00583-y
- ↑ a b c Neha, Kumari et al. (2019) Medicinal prospects of antioxidantes: A review. European Journal of Medicinal Chemistry. 178, 687-704. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.06.010
- ↑ Zhao, R., Jiang, S., Zhang, L., Yu, Z."Mitochondrial electron transport chain, ROS generation and uncoupling (Review)". International Journal of Molecular Medicine 44.1 (2019): 3-15.
- ↑ a b c d Buonocore, G. et al. (2010) Oxygen toxicity: chemistry and biology of reactive oxygen species. Seminars in Fetal and Neonatal Medicine. 15(4), 186-190.
- ↑ a b Thomson, L. & Paton, J. (2014). Oxygen Toxicity. Paediatric Respiratory Reviews. 15, 120-123. https://doi.org/10.1016/j.prrv.2014.03.003