Introdução - Respiração Celular
A atividade celular requer energia. Esta energia provém de certos alimentos que a célula obtém, como é o caso dos açúcares. A "queima" celular de açúcares em presença de oxigênio é chamada de respiração celular aeróbia. Este processo é realizado pela maioria dos seres vivos, animais ou vegetais, e fornece à célula a energia necessária às suas atividades. Esta energia é proveniente da "desmontagem" da glicose, que pode ser, simplificadamente, resumida na quebra gradativa das ligações entre carbonos, saindo o CO2; e remoção dos hidrogênios da glicose, em vários momentos do processo; e por fim sua oxidação na cadeia respiratória, com liberação de energia. Nessa cadeia respiratória, 98% do O2 é reduzido a água. Às vezes porém, a mitocôndria deixa escapar um elétron solitário, que é logo roubado pelo oxigênio (os 2% restantes de oxigênio). Com um elétron a mais, o oxigênio escapa - ele agora é o radical superóxido (O2 com um elétron extra). Mas logo encontra uma enzima protetora, a superóxido dismutase, que lhe doa um de seus elétrons. Com dois elétrons a mais reagindo com o hidrogênio, a molécula se transforma na inofensiva água oxigenada, que normalmente vira água ao encontrar certas enzimas (Catalase peroxidase) e vitaminas do complexo B.
Definição - Quem são os Radicais Livres
Denomina-se radical livre toda molécula que possui um elétron ímpar em sua órbita externa, fora de seu nível orbital, gravitando em sentido oposto aos outros elétrons. Este elétron livre favorece a recepção de outras moléculas, o que torna os radicais livres extremamente reativos, inclusive com moléculas orgânicas. Os radicais livres têm vida média de milésimos de segundo, mas eventualmente podem tornar-se estáveis, produzindo reações biológicas lesivas. O Oxigênio molecular (O2) é um birradical de 16 elétrons que, embora apresentem um elétron não-emparelhado na última camada de cada átomo, é estável porque este elétron gravita na mesma direção, impedindo o O2 de agir como radical livre. Esta condição lhe confere características de potente oxidante, ou seja, receptor de elétrons de outras moléculas. Se ocorrer a entrada de energia, os elétrons não emparelhados tomam direções opostas, formando então uma molécula extremamente reativa chamada de radical livre de oxigênio (superóxido, peróxido de hidrogênio). A água oxigenada (peróxido de hidrogênio) diferentemente dos outros radicais, tem um número par de elétrons, podendo "navegar" por células e, assim, aumentando o risco de "trombar" com um átomo de Ferro. Ao se combinar com o Ferro, a água oxigenada ganha mais um elétron, formando o terceiro e mais terrível dos radicais: a hidroxila, que reage instantaneamente com moléculas da célula.
Mas são bonzinhos - Funções normais dos radicais livres
Os radicais livres, por atacarem as moléculas, podem ser úteis a alguns organismos. Quando algo estranho consegue entrar no organismo - por exemplo, um vírus, uma bactéria ou uma partícula de pó -, logo soa um alarme químico para as células do sistema imunológico. Os primeiros a chegar ao local são os neutrófilos, capazes literalmente de fazer picadinho do invasor; em seguida, vêm os macrófagos, que engolem e trituram o agente estranho. Essa estratégia de defesa só é possível porque o organismo aprendeu a aproveitar o potencial destruidor dos radicais livres. O macrófago, por exemplo, envolve uma bactéria para bombardeá-la com superóxidos por todos os lados; os neutrófilos também liberam grandes doses desses radicais através de suas membranas, para arrasar o invasor.
Os vilões atacam - Reações prejudiciais dos radicais livres
Os radicais são capazes de reagir com o chamado lipídio de baixa densidade, ou o mau colesterol, que circula no sangue. Essa gordura alterada pelo oxigênio chama a atenção das células imunológicas, os macrófagos, que fazem um serviço de limpeza no organismo, engolindo uma molécula de colesterol atrás da outra. Essas células, contudo, são convocadas para recuperar eventuais machucados na parede dos vasos e, chegando ali, muitas vezes estouram, de tão gorduchas, espalhando o conteúdo oxidado pela lesão. Isso atrai mais macrófagos para o lugar, criando aos poucos um monte de colesterol depositado, que pode impedir o livre trânsito do sangue (aterosclerose). As membranas celulares são constituídas, principalmente, de lipoproteínas. Estes lipídios da membrana celular, após sucessivos ataques de radicais livres, se enrijecem, surgindo "trincas" na membrana celular. Desse modo, a célula perde o controle da entrada de substâncias tóxicas e da saída de substâncias que necessita. A célula acaba morrendo. Este processo pode explicar o envelhecimento, afinal, quanto mais idade uma pessoa tem, mais radicais livres são encontrados em seu organismo. Em casos de hipoxia, a célula também morre. Em casos de hipoxia temporária, as organelas celulares continuam trabalhando e depositando seus resíduos no citoplasma. Na volta do oxigênio à célula, os resíduos reagem com esse oxigênio, formando radicais livres em excesso e estes, acelerando a morte celular. A doença de Alzheimer, que causa degeneração das células do cérebro (neurônios), gerando demência, pode ter grande contribuição dos radicais livres. Nos cérebros afetados por esta doença são formadas placas, porém ninguém sabia explicar como essas placas provocavam a degeneração e morte dos neurônios. Agora os cientistas descobriram que o principal componente das placas - a proteína beta-amilóide - é capaz de se fragmentar espontaneamente. Os organismos, cautelosos, guardam microscópicos grãos do metal Ferro em algumas proteínas, esses metais só serão liberados em casos especiais. Observa-se, no entanto, que a proteína libera os grãos de Ferro quando se fragmentam. Quando as proteínas beta-amilóides são fragmentadas liberam grãos de Ferro, que ao se encontrarem com água oxigenada formam os radicais livres (hidroxilas). Assim, os radicais produzidos pelas placas podem "corroer" (oxidar) os neurônios e matá-los. A água oxigenada pode encontrar, dentro do núcleo celular, a molécula de Ferro presente nos cromossomos formando mais radicais livres. Estes radicais podem atacar o material genético humano, modificando os sítios das bases nitrogenadas do DNA, fazendo com que a produção de proteínas seja modificada ou interrompida em certos pontos dos cromossomos. Sem os dados perdidos por esse ataque ao material genético, a célula inicia uma multiplicação sem freios, característica do câncer.
Algumas enzimas que sofrem modificações graças ao ataque dos radicais (ou na produção das mesmas ou nos seus sítios ativos) podem ficar inutilizadas ou atacar substâncias erradas, provocando entre outras doenças, a doença auto-imune. A cegueira pode, também, ser causada por radicais livres. Uma doença chamada AMD (da sigla em inglês de degeneração da mácula associada à idade) afeta a mácula (região que envolve a retina). A mácula é rica em gorduras poliinsaturadas, que, como já vimos, é oxidada por radicais livres. Assim forma-se uma barreira que envolve a retina, provocando a cegueira. Nos derrames cerebrais, os radicais livres podem piorar a situação da vítima. Quando há rompimento dos vasos sangüíneos cerebrais, as células atingidas pelo sangramento são mais suscetíveis à ação dos radicais livres (já que a hemoglobina liberada contém Ferro), que causando a morte celular, fazem com que a vítima não retenha um maior controle dos movimentos. Os diabéticos mostram elevados níveis de radicais livres, que atuam nas degenerações e dificuldades de microcirculação periférica e oftálmica. Podemos observar a ação de radicais livres a olho nu. Quando usamos água oxigenada nos cabelos, a água oxigenada encontra o Ferro e juntos formam o radical hidroxila. O radical ataca e destrói os pigmentos do cabelo.
Quem nos protege deles - Como se prevenir dos radicais livres
Para vencer o desafio dos radicais livres, os seres aeróbios desenvolveram uma bateria de mecanismos de proteção conhecidos como defesas antioxidantes. Como vimos anteriormente, o radical superóxido deverá encontrar uma enzima para transformá-lo em peróxido de hidrogênio. Esta enzima que forma a água oxigenada é a superóxido dismutase, proteína formada pelo organismo. O organismo também produz a catalase e a peroxidase que transformam o peróxido de hidrogênio em água. Com essas substâncias o organismo seria capaz de vencer os radicais livres, porém, com o aumento da expectativa de vida do ser humano, o organismo perde a capacidade de defesa, já que graças a fatores exógenos (externos) que seguem o progresso humano, o poder dos radicais livres aumentou significativamente. Como fatores que dão maior poder aos radicais livres, podemos citar o tabagismo, a poluição do ar, remédios (que tenham alguns oxidantes), radiações ionizantes e solares, maior consumo de gorduras, choques térmicos. Assim o organismo não tem como se livrar dos radicais livres, porém podemos nos prevenir deles. O melhor método de prevenção é através de alimentação rica em antioxidantes. Certos minerais como o Zinco, Cobre e Selênio agem como antioxidantes, pois saciam a voracidade dos radicais. A vitamina E, lipossolúvel, age diretamente nas membranas da célula, inibindo a reação em cadeia da oxidação das gorduras solúveis. O betacaroteno, um percursor da vitamina A, também é lipossolúvel e atua como inibidor de alguns tipos de radicais livres. A vitamina C é uma doadora de elétrons para os radicais livres. Desta forma, uma vez estabilizados, essas moléculas deixam de ser um atentado ao organismo. As três vitaminas ( E, C e Beta-caroteno) devem atuar em conjunto, pois possuem atividades que se complementam. Apesar desse enorme poder das vitaminas, devemos ter certa cautela, já que alguns estudos mostram que vitaminas como a E e o beta-caroteno favorecem o câncer do pulmão em fumantes. Os bioflavonóides, como a ginkgobilina e a rutina, são fitoquímicos (substâncias químicas vegetais) e atuam no equilíbrio e controle de Ferro no organismo, impedindo a formação de radicais hidroxilas. O homem já consegue produzir algumas enzimas importantes contra os radicais livres. Um exemplo é a glutationa, uma enzima com as mesmas propriedades da superóxido dismutase que está sendo testada também no combate à AIDS. Outro processo que vem sendo estudado para o combate aos radicais livres é a Geneterapia. Como sabemos, a superóxido dismutase é produzida no organismo, porém com a gene terapia, podemos inserir um gene que aumentaria a produção desta enzima, fazendo com que o número de radicais diminuíssem no organismo.
O Radical Vaga-lume livre - A ação dos radicais nos vaga-lumes
O brilho dos vaga-lumes pode ter sido uma adaptação evolutiva contra a intoxicação por radicais livres. Essa hipótese está sendo testada pela equipe do bioquímico Etelvino Bechara, do Instituto de Química da USP. Nos vaga-lumes, a luz é produzida em células especiais - chamadas fotocitos - em uma reação química que consome oxigênio. Testando a hipótese de que a emissão de luz, a bioluminescência, tenha surgido ao longo do processo evolutivo para minimizar os efeitos tóxicos do oxigênio, os radicais livres, Bachara faz uma série de testes. No vaga-lume, a luz é produzida em uma reação química do oxigênio com uma substância chamada luciferina e a reação é controlada por uma enzima - a luciferase. A luciferase catalisa uma reação que usa oxigênio, ela esgota o oxigênio que existe dentro da célula. Esgotando esse oxigênio, supõe-se que o sistema luciferina-luciferase reduza a formação dos radicais livres no vaga-lume, atuando como antioxidante. Em um experimento, vaga-lumes foram expostos a uma atmosfera com 100% de oxigênio e mediu-se a luz emitida. Verificou-se que eles produzem mais luciferase, sugerindo fortemente que a enzima esteja envolvida na desintoxicação contra o oxigênio. Outro experimento está testando se cai a produção da luciferase com pouco oxigênio.
