Superóxido

O íon superóxido , denotado O 2. - ou O 2- (a segunda escrita não mostra explicitamente a natureza radical ) resulta da redução monoeletrônica de dioxigênio (O 2) O íon superóxido é paramagnético .

Compostos de íon superóxido

Sais do íon superóxido, como superóxido de potássio (KO 2) são formados naturalmente pela reação direta do oxigênio com certos metais .

Estabilidade em solução

O superóxido é termodinamicamente instável, independentemente do pH , no que diz respeito à sua dismutação em peróxido de hidrogênio H 2 O 2e oxigênio O 2. A reação de desproporção requer prótons (H + ).

Assim, a alta pH (baixa concentração de H + ), isto é, com uma grande concentração de HO - em comparação com a concentração de hidrogênio de H + iões , as soluções que contêm o ião superóxido pode ter uma certa estabilidade. Cinética .
Por outro lado, o íon superóxido é estável em solução orgânica anidra.

Significado biológico

O íon superóxido é uma espécie reativa oxigenada (nome científico para "  radicais livres  "). É um resíduo metabólico tóxico , mas produzido naturalmente em todas as células dos seres vivos que respiram oxigênio, em particular dentro das mitocôndrias (onde este superóxido é provavelmente produzido principalmente pelo complexo I e complexo III), bem como por várias outras. Enzimas, por exemplo xantina oxidase .

Embora instável em solução aquosa, sua concentração estacionária seria muito alta para a vida celular sem um bom sistema de proteção: a enzima superóxido dismutase . Esta enzima protetora é produzida por quase todos os organismos vivos conhecidos na presença de oxigênio; existem várias variantes (isoformas). Catalisa a neutralização do superóxido de forma muito eficaz, quase tão rápido quanto sua capacidade de se difundir espontaneamente em solução.

Outras proteínas que podem ser oxidadas e reduzidas pelo superóxido exibem baixa atividade semelhante a SOD; este é, por exemplo, o caso da hemoglobina ). A inativação genética (" nocaute ") da enzima SOD em animais de laboratório produz fenótipos deletérios em organismos tão diversos quanto bactérias e mamíferos. Ele forneceu pistas valiosas para entender melhor os mecanismos de toxicidade do superóxido in vivo .

O sistema imunológico usa a toxicidade desse íon para matar uma série de microorganismos aeróbicos infecciosos ou invasores: os fagócitos produzem superóxido em quantidade por meio da enzima NADPH oxidase e o usam para destruir os patógenos fagocitados.
Mutações no gene que codifica a NADPH oxidase causam uma síndrome de imunodeficiência conhecida como Granulomatose séptica , uma doença caracterizada por extrema suscetibilidade a infecções , em particular por organismos positivos para catalase . Da mesma forma, microrganismos geneticamente modificados para não sintetizar superóxido dismutase (SOD) perdem sua virulência.

Toxicidade

Sua toxicidade intrínseca tem várias causas:

A ausência de SOD citosólica aumenta dramaticamente a mutagênese e a instabilidade genômica . Os camundongos com falta de SOD mitocondrial (MnSOD) morrem em média 21 dias após o nascimento devido a fenômenos de neurodegeneração , cardiomiopatia e / ou acidose láctica .
Camundongos com falta de SOD citosólica (CuZnSOD) são viáveis, mas sofrem de múltiplas patologias, incluindo câncer de fígado, atrofia muscular, catarata, involução tímica, anemia hemolítica e declínio muito rápido na fertilidade feminina, com a idade, que induzem uma expectativa de vida mais curta.

O superóxido é a fonte ou uma das fontes ( patogênese ) de muitas doenças (particularmente relacionadas ao envenenamento por radiação e lesão hiperóxica) e parece estar envolvido no envelhecimento por meio do dano oxidativo às células. Seu papel na patogênese de algumas doenças é forte (por exemplo, camundongos e ratos com superexpressão de CuZnSOD ou MnSOD são mais resistentes a AVC e infarto do miocárdio ), porém seu papel no envelhecimento ainda não está claro e nem mesmo comprovado. Em organismos modelo (por exemplo , levedura , Drosophila ou camundongos ), a supressão genética de CuZnSOD reduz a expectativa de vida e acelera certas características do envelhecimento ( catarata , atrofia muscular , degeneração macular , involução tímica ), mas, inversamente, um aumento nos níveis de CuZnSOD, não aparece (exceto talvez em Drosophila ) para aumentar a expectativa de vida de forma consistente. É geralmente assumido que os danos oxidativos (dos quais o superóxido é apenas uma das muitas causas possíveis) são apenas parte dos fatores limitantes da vida.

Nota: Os organismos anaeróbicos são menos sensíveis a ele. Assim, uma levedura desprovida de SOD mitocondrial e citosólica se desenvolve muito mal no ar, mas razoavelmente bem em um ambiente anóxico.

Intermediários de superóxido Fe (III)

A primeira etapa na ativação do O 2 pelos complexos de ferro-porfirina envolve a ligação com o íon Fe (II). As tentativas iniciais para preparar esses adutos Fe-O2 1: 1 encontraram dificuldades devido à propensão desses modelos iniciais de sofrer auto-oxidação por meio de intermediários diiron ( μ-η1: η1-peroxo) . Mas trabalhos recentes trouxeram novas ideias e a presença de superóxido foi confirmada por vários meios, incluindo espectroscopia de raios X, espectroscopia de raios L ou espectroscopia Mössbauer .

Ensaio em sistemas biológicos

É muito dificultado pela alta reatividade do superóxido na presença de outras moléculas e por sua meia-vida muito curta na célula.

Uma forma indireta é converter o superóxido, assim que for formado, em peróxido de hidrogênio , que é estável o suficiente para permitir tempo para quantificá-lo, por exemplo, por um método fluorimétrico . Como um radical livre, o superóxido tem um   forte " sinal RPE ". Portanto, é possível detectá-lo dessa forma, mas apenas quando ele estiver significativamente presente. No entanto, devido aos seus efeitos, é interessante poder medi-lo em doses muito baixas. Além disso, essa medição hoje requer condições não fisiológicas, incluindo um pH alto (que retarda a desproporção espontânea). Ferramentas do tipo "spin trap" estão em desenvolvimento. Eles podem reagir com o superóxido, formando um radical metaestável (meia-vida de 1 a 15 minutos) mais facilmente detectável por Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE). A captura foi realizada primeiro com DMPO, mas mais recentemente derivados de fósforo (por exemplo, DEPPMPO, DIPPMPO) melhoraram a meia-vida do radical e são mais amplamente usados.

Superóxido e câncer

Os pesquisadores da UCL obtiveram sucesso em animais de laboratório no bloqueio de metástases de dois tipos de câncer ( melanoma e câncer de mama ), simplesmente inativando o superóxido com moléculas existentes, atualmente em testes de fase 2 para tratar a doença de Parkinson ou hepatite C (e não mostrou toxicidade para humanos). Eles abrem uma nova via de tratamento, ainda a ser testada em humanos.

Bibliografia

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