Radicalii liberi și rolul lor în sistemele biologice

Cuvinte cheie: radicali liberi, capcane de spin, radicali nitroxidici, antioxidanţi, spectroscopie de rezonanţă electronică de spin (RES), iradiere gama

Introducere

Notiunile de radicali liberi şi antioxidanţi, spre finele anului 1950, erau foarte puţin cuncoscute în stinţele biologice şi clinice, el fiind clarificate abia în anul 1954. În 1956, pentru prima data, s-a facut legătura între nivelurile toxice ale nivelurilor crescute de oxigen în organismele aerobe şi radiaţiile ionizate, presupunându-se ideea că toxicitatea oxigenului se datorează formării de radicali liberi.

În zilele noastre cunoaştem faptul că radicalii liberi au un rol foarte important în etiologia multor boli ca şi în multe fenomene imposibil de explicat anterioare apariţiei bolii. Aşadar, unele dintre afecţiunile în care radicalii liberi au o influenţă mare sunt boala Alzheimer, hipertensiunea arterială, ishemia miocardică, carcinogeneza şi ateroscleroza.

De aceea, este foarte importantă “măsurarea“ cantităţii şi a tipului de specie radicalică generată în diferite procese. Spectroscopia de rezonanţă electronică spin (RES) este tehnica ce poate fi utilizată pentru a detecta direct aceste specii paramagnetice, tehnică ce are limitările ei , măsurarea directă nefiind întotdeauna posibilă datorită timpului de viaţă foarte scurt al unor radicali. Folosirea tehnicii RES a capcanelor spin (spin traps) este o modalitate de a depăşii acest neajuns. Capcana de spin, un compus diamagnetic, se adaugă sistemului înaintea formării radicalilior care urmează a fi detectaţi, această capcană formând un radical intermediar denumit spin aduct, care ste mai puţin reactiv decât radicalul iniţial , el pastrând caracteristicile radicalului captat.

Metoda radicalilor nitroxidici, numiţi şi markeri de spin (spin labels), este o alta metodă pentru studierea radicalilor liberi. Existenţa unui centru paramagnetic stabil format dintr-un electron neîmperecheat detectat pe legătura dintre legătura dintre un atom de azot si oxigen, este caracteristica principală a radicalilor nitroxidici. Pentru studiul dinamicii moleculare în sistemele biologice , pentru studiul fenomenelor de interfaţă în sistemele coloid cât si pentru a analiza caracterul antioxidant al unor minerale, vitamine sau extracte naturale sunt folosiţi markerii de spin.

Este foarte cunoscut în cercetarea ştiinţifică studile asupra efectelor radiaţiilor ionizate de înaltă energie asupra sistemelor medicale si medicamentelor, a alimentelor, fiind în continuă dezvoltare datorită multor aplicaţii, în calitatea igienică a alimentelor şi în sterilizarea medicală. Prin folosirea acestei metode este posibilă modificarea sau degradarea sistemelor sistemelor biomedicale, formându-se radicali liberi. În cazul acestor sisteme, metoda de detecţie RES reuşeşte să pună în evidenţă o serie de proprietăţi strâns legate de structura electronică a defectului paramagnetic format în reţeaua solidului iradiat.

I.Caracterizarea şi generarea radicalilor liberi

I.1. Caracterizarea radicalilor[1.2.3.4.5.6.7.8.9.]

Radicalii (deseori numiţi şi radicali liberi) sunt specia chimică posesoare a unui electron neîmperecheat în învelişul exterior al moleculei :

Teoria radicalilor liberi spun că aceştia duc la o îmbătrânire timpurie, deoarece aceştia se acumulează în timp, atacând celulele. Un radical liber este un atom sau o moleculă, care are un electron neîmperecheat într-u înveliş exterior . În timp ce câţiva radicali ca melanina nu sunt reactivi chimici, majoritatea radicalilor liberi biologici sunt foarte reactivi. Pentru majoritatea structurilor biologice deteriorarea radicalilor liberi este strâns legată de stresul oxidativ. Antioxidanţii sunt agenţi de reducere şi diminuează daunele provocate de stresul oxidativ prin apărarea celulelor de radicalii liberi.

Cu alte cuvinte, teoria radicalilor liberi este axată pe radicali ca superoxidul, dar a fost extinsă pentru a include daune oxidative de la alte specii reactive de oxigen ca: apa oxigenată sau oxidul nitric.

Denham Harman a elaborat pentru prima dată teoria radicalilor liberi ai îmbătrânirii în 1950 iar în 1970 ideea s-a extins implicând producţia de mitocondrii a speciilor reactive de oxigen.

Antioxidanţii blochează ăn mod natural producerea de radicali liberi, fiind recent demonstrat că, superoxid dismutaza creşte durata de viaţă. Dacă reducerea stresului oxidativ sub nivelurile normale este suficientă pentru a prelungi duarata de viaţă, rămâne o întrebare deschisă şi controversată.

Superoxid dismutaza este o enzimă care catalizează alternativ producerea de oxigen în oxigen molecular sau în apă oxigenată. Superoxidul cauzează multor tipuri de leziuni la nivelul celulelor. Peroxidul de hidrogen este de asemenea dăunător, dar mai puţin, fiind degradat de alte enzime. Astfel, superoxid dismutaza este un important antioxidant de apărare în aproape toate celulele vii expuse la oxigen. Singura excepţie este Lactobacillus plantarum şi lactobactilii aferenţi, care utilizează un alt mecanism pentru a preveni deteriorarea reactivă.

Enzimele SOD formează cu radicalul superoxid prin adăugarea sau, respectiv îndepărtatrea unui electron din meoleculele de superoxid, schimbând astfel oxigenul intrîuna din cele două specii mai puţin dăunătoare , adică oxigen moleclar sau apă oxigenată. Această cataliză a SOD poate fi scrisă, pentru Cu, Zn, cu următoarele jumătăţi de reacţie: