Radicais livres e espécies excitadas em doenças metabólicas e bioluminescência

Resumo

Nas três últimas décadas, houve considerável avanço na compreensão dos mecanismos químicos que alicerçam a bioquímica e biologia da quimioluminescência, bioluminescência e balanço oxi-redutivo. Radicais livres, peróxidos, moléculas eletronicamente excitadas e outras espécies altamente oxidantes foram identificadas como os intermediários reativos destes fenômenos, como também as fontes endógenas e biomoléculas-aIvo destas espécies e os eventos delas decorrentes -normais e deletérios. Neste contexto, nossas pesquisas foram direcionadas para o estudo químico e bioquímico de metabólitos acumulados nos tecidos de pacientes portadores de desordens, os quais pudessem gerar espécies reativas de oxigênio, em particular ânion-radical superóxido, radical hidroxila, peróxido de hidrogênio e cetonas tripletes, em sua reação com oxigênio, direta ou catalisada por complexos de ferro. Entre estes metabólitos, investigamos (i) a 6-hidroxidopamina (A), uma neurotoxina supostamente importante na esquizofrenia e psicose maníaco depressiva; (ii) o ácido S-aminolevulínico (B), o precursor do grupo heme postulado como agente pró-oxidante na porfiria aguda intermitente, tirosinemia hereditária tipo I e saturnismo; (iii) a arninoacetona (C), intermediário do metabolismo de treonina e glicina, acumulada em treoninemia, síndrome do cri-du-chat e diabetes mellitus; (iv) a succiniIacetona (D), catabólito de tiro sina acumulado e excretado em tirosinemia hereditária tipo I, onde se comporta como forte inibidor da 5-aminolevulinato desidratase; e (v) o ácido 2-metilacetoacético (E), derivado de isoleucina associado a uma condição de cetoacidose no metabolismo defeituoso deste aminoácido. Ao estudar suas reações com oxigênio molecular, demonstramos que os compostos A-C são fontes de oxi-radicais e peróxido de hidrogênio e que estas reações são "escuras", enquanto os compostos D e E produzem espécies carbonílicas tripletes e, portanto são quimioluminescentes. Exceto o composto A, os demais dão como produto final compostos a-dicarbonílicos (a-oxoaldeídos, como o metilglioxal e ácido 4,5-dioxovalérico, ou a-dicetonas, como o biacetilo), uma classe de compostos proposta na década dos trinta por Szent-Gyõrgyi como com atividade tóxica e, de fato, reconhecida nas décadas recentes como altamente citotóxica e genotóxica. Nossos planos contemplam (i) aprofundar o estudo dos mecanismos destas reações, utilizando principalmente técnicas de oximetria, EPR, contagem de fótons e eletroforese capilar; (ii) esclarecer o papel de ferro/ferritina como catalisador destas oxidações; (iii) explorar o peroxinitrito, espécie tóxica mas também sinalizadora de eventos celulares normais, e o citocromo c, de reconhecida ação peroxidásica e apoptótica, como oxidantes iniciadores das oxidações aeróbicas dos compostos D e E; (iv) estudar o efeito destes compostos sobre estruturas macromoleculares, supramoleculares e organelas, como DNA, lipossomos, mitocôndrias e sinaptosomos; (v) desenvolver sondas supressoras de cetonas tripletes para abordar sistemas biológicos quimioluminescentes; e (vi) pesquisar a formação de adutos tipo Schiff (fluorescentes) entre os produtos a-dicarbonilicos das reações de B-E com proteínas-modelo e proteínas de preparações biológicas, inclusive aquelas derivadas de endotélio de vasos de ratos. Em paralelo planejamos dar continuidade à linha de bioluminescência de coleópteros, ligando-a mais intimamente aos estudos sobre as bases moleculares do balanço oxi-redutivo. Neste sentido, escolhemos o sistema trealose/trealase de larvas de Pyrearinus termitilluminans (Coleoptera: Elateridae) pois (i) a trealose é o principal carboidrato na hemolinfa de insetos onde atua como anti-oxidante, (ii) há fortes evidências de que a bioluminescência constitui um mecanismo auxiliar de detoxificação do oxigênio, e (iii) as larvas sofrem anualmente um período (inverno) de estresse hídrico quando este açúcar deve desempenhar importante papel protetor da integridade das membranas e proteínas de suas células. Acreditamos que nossos planos, detalhados neste projeto, resultarão em informações interessantes e relevantes para a área de balanço redox e propiciarão uma exemplar formação científica e técnica de muitos estudantes de graduação e pós-graduação. (AU)