Radicalii liberi - definirea notiunii de radical liber si cancerul

Radicalii liberi

1.1 Definirea notiunii de radical liber

In ultimii 15 ani intreaga lume stiintifica biomedicala a dezvoltat o campanie sustinuta de cercetare a acestui domeniu extrem de controversat al radicalilor liberi si al stresului oxidativ. Se cauta raspunsuri la o multime de intrebari privind rolul biologic al speciilor reactive, se studiaza mecanismele de actiune ale radicalilor liberi si gradul de implicare a acestor substante in generarea sau/si agravarea bolilor umane. Tot mai multi oameni de stiinta vin cu argumente si do in sprijinul implicarii speciilor reactive in patogenia bolilor, dar scopul acestor cercetari este prevenirea aparitiei sau influentarea evolutiei bolilor prin cresterea apararii antioxidante a populatiilor umane.

Exista mai multe definitii ale termenului de radical liber dar cea mai simpla definitie adoptata de Halliwel (271) este urmatoarea: radical liber este orice specie capabila de o existenta independenta care contine unul sau mai multi electroni nepereche. Un electron nepereche este acel electron care ocupa singur un orbital atomic. Prezenta unuia sau mai multor electroni nepereche determina atractia cu usurinta a radicalului liber catre un camp magnetic si ii confera acestuia o inalta reactivitate.

Radicalii pot fi formati cand o legatura covalenta se rupe si fiecare electron ramane la cate unul din atomi, proces numit fisiune homolitica (272). Energia necesara pentru ruperea legaturii covalente poate fi obtinuta prin incalzire, radiatie electromagnetica etc. Foarte multe legaturi covalente se rup la temperaturi inalte (450 -600˚C), in special legaturile carbon-carbon, carbon-hidrogen, carbon-oxigen. Combustia este binecunoscuta de chimisti ca un proces producator de radicali liberi.

Daca A si B sunt 2 atomi legati printr-o legatura covalenta, fisiunea homolitica poate fi scrisa astfel:

A:B A + B

De exemplu, fisiunea homolitica a unei legaturi covalente O-H din molecula de apa, genereaza radical hidrogen- H si radical hidroxil OH.

Speciile reactive ale oxigenului

Termenul de specii reactive ale oxigenului (ROS) este folosit larg pentru a cuprinde atat radicalii liberi ai oxigenului cat si speciile non radical.

Una din cele mai populare teorii care explica toxicitatea oxigenului este teoria toxicitatii radicalului superoxid (O₂) specie reactiva derivata din oxigen a carui supraproductie determina efecte nocive asupra tesuturilor.

o       Speciile reactive ale oxigenului:

         Radicali liberi::

-          Radical hidroxil: HO^*

-          Radical superoxid: O₂^-

         Neradicali:

-          Peroxidul de hidrogen: H₂O₂

-          Oxigenul singlet: ¹O₂

o       Produsi ai peroxidarii lipidelor:

-          Radical peroxil: ROO^*

-          Radical al koxil: RO^*

o       Produsi secundari:

-          Malondialdehida

-          4-hidroxialkenali

(dupa Conklin KA.) (273)

Superoxidul este produs in mod fiziologic, de exemplu in celulele fagocitare. Unele enzime, cum e xantin-oxidaza, au capacitatea de a reduce O₂ la O₂, proces catalizat de xantin-dehidrogenaza. Radicalul superoxid este produs si prin oxidarea unor molecule ca: gliceraldehida, FADH₂, hormoni (adrenalina, noradrenalina, dopamina) sau prin oxidarea fierului din hem cu formare de methemoglobina.

Cea mai importanta sursa de superoxid in vivo, in celulele organismelor aerobe, este lantul de reactii transportoare de electroni din mitocondrii. In conditii fiziologice 1-3% din O₂ este redus la O₂ (274).

Productia de radicali ai oxigenului prin respiratia mitocondriala poate contribui la lezarea proteinelor, lipidelor si ale ADN mitocondrial, leziuni ce se accentueaza cu varsta (275,276).

In afara de speciile reactive ale oxigenului, organismele vii produc o gama larga de radicali liberi (Tabel 6).

Exemple de formare a radicalilor liberi sunt numeroase: proteinele ce contin gruparea thiol (R-SH) oxideaza in prezenta ionilor metalelor tranzitionale, rezultand radicali tiil.(RS)

R-SH + Cu²⁺ R-S + RS + Cu⁺ + H⁺

TABEL 6

Peroxidarea lipidelor genereaza radicali liberi ai carbonului.

Unii oxizi ai azotului NO si NO₂ sunt radicali liberi, ceea ce a condus la introducerea unui nou termen, cel de specii reactive ale azotului (RNS).

1.2.Surse de formare a metabolitilor oxigenului

Interesul comunitatii stiintifice de specialitate pentru reactiile in care apar specii reactive ale oxigenului (SRO) este sustinut nu numai de numarul mare de procese in care apar ci si de diversitatea absolut surprinzatoare a acestora (277). SRO se formeaza constant in celule in diferite procese metabolice, sursele de formare fiind fie endogene, fie exogene (278).

Surse endogene	- lantul de transport de electroni din mitocondrii;
	- activitate enzimatica (oxidaze,ciclooxigenaze,lipoxigenaze);
	- activitatea leucocitelor polimorfonucleare, macrofage;
	- oxidarea hemoglobinei, catecolaminelor, tiolilor.
Surse exogene alimentari	- metabolizarea unor xenobiotice, medicamente, aditivi;
	- iradieri cu UV, radiatii ionizante;
	- metabolizarea unor poluanti chimici (nitriti, solventi, barbiturice, gaze iritante , derivati de azot, sulf, etc.).

TABEL 7 Surse de formare a metabolitilor oxigenului

Radicalii liberi intermediari ai reactiilor enzimatice A scapa A din centrul activ ca urmare a unor interactiuni accidentale cu O2 sau alti compusi. H2O2 astfel format este eliberat in mediu si va genera HO (279). Medicamentele, radiatiile UV, aerul poluat, agentii chimici pot induce supraproductia de SRO in celule (280). Astfel, spre exemplu, neuronii dopaminergici, implicati in boala Parkinson, sunt susceptibili la efectul citotoxic al SRO. Prin degradarea dopaminei rezulta H2O2 care genereaza HO prin reactia Fenton (281).

Tetraclorura de carbon (utilizata frecvent ca solvent in curatatoriile chimice) este convertita intrun radical liber extrem de reactiv, care poate fi implicat in geneza necrozei hepatocelulare (282).

Doxorubicina induce afectiuni cardiace prin stresul oxidativ generat in mitocondriile miocardului. Acest medicament interactioneaza cu lantul respirator in a-punctul dintre coenzima Q si oxigen, generand radicali hidroxili toxici (283).

1.3 Modul de actiune al radicalilor liberi

Reactivitatrea radicalilor liberi depinde de tipul de radical si cu cine intra in reactie.

Astfel, daca doi radicali liberi intra in contact, ei isi unesc electronii nepereche intr-o legatura covalenta:

H + H H₂

Un exemplu mult mai relevant biologic este reactia foarte rapida dintre radicalul oxidului nitric (NO) si radicalul superoxid, cu formarea unui non-radical, peroxinitrit. (284).

NO + O₂ ONOO peroxinitrit (non-radical)

Daca radicalul liber reactioneaza cu un non-radical, se formeaza un nou radical, si lantul de reactii continua. Ex. radicalul hidroxil (OH) reactioneaza cu guanina din ADN si rezulta un nou radical 8-OH-guanina.

Un radical poate fi agent reducator, donand electronul nepereche unui non radical, care devine astfel radical. Ex. reducerea ionului de cupru (Cu⁺) care acceptand un electron devine radical Cu .

CO₂ + Cu⁺ CO₂ + Cu

Un radical poate fi agent oxidant, acceptand un electron de la un non-radical, care ramanand cu un electron nepereche devine astfel radical. Ex: radicalul hidroxil oxideaza prometazina, un medicament sedativ care devine radical cation.

PR + OH PR⁺ + OH

Un radical poate extrage atomul de hidrogen dintr-o legatura C-H, rezultand un radical al carbonului. De ex. radicalul hidroxil extrage hidrogenul din lantul unui acid gras, initiind peroxidarea lipidica.

CH + OH C+ H₂O

Cum cele mai multe molecule biologice sunt non-radicali, formarea unui radical ca cel hidroxil (OH), declanseaza de obicei un lant de reactii. Radicalul carbonului nou format reactioneaza cu O₂ cu formarea de radical peroxil care proa reactiile in lant ale peroxidarii lipidelor.

C + O₂ C-OO

Radical peroxil

In absenta oxigenului, radicalii carbonil pot forma o legatura covalenta intre ei incheind lantul de reactii

C + C C C