Um antioxidante é uma molécula capaz de inibir a oxidação de outras moléculas. A oxidação é uma reacção química que transfere electrões ou hidrogénio de uma substância para um agente oxidante. As reacções de oxidação podem produzir radicais livres. Por sua vez, estes radicais podem dar início a reacções em cadeia que, quando ocorrem em células, podem danificá-las ou causar a sua morte. Os antioxidantes interrompem estas reacções em cadeia eliminando os radicais livres intermediários e inibindo outras reacções de oxidação. Isto é conseguido através da sua própria oxidação, pelo que os antioxidantes são frequentemente agentes de redução, como os tióis, o ácido ascórbico ou polifenóis.
Embora as reacções de oxidação sejam fundamentais para a vida, podem também ser prejudiciais. As plantas e os animais sustentam sistemas complexos de vários tipos de antioxidantes, como glutationa, vitamina C e vitamina E, e ainda enzimas como a catalase, dismutase e várias peroxidases. Baixos níveis de antioxidantes, ou inibição das enzimas antioxidantes, causam stress oxidativo e podem danificar ou matar as células.
Como o stress oxidativo mostra ser um componente fundamental de muitas doenças humanas, o uso de antioxidantes na farmacologia é estudado de forma intensiva, sobretudo em tratamentos para os enfartes ou doenças neurodegenerativas. Contudo, ainda se desconhece se o stress oxidativo é uma causa ou consequência da própria doença.
Os antioxidantes são amplamente usados no fabrico de suplementos dietéticos e têm sido amplamente estudados no âmbito da investigação de doenças como o cancro, doenças coronárias e até mesmo no mal de montanha. Embora alguns estudos iniciais tenham sugerido que os suplementos de antioxidantes podiam ter benefícios na saúde, ensaios clínicos realizados mais tarde não detectaram qualquer benefício, tendo sugerido, pelo contrário, que suplementos em excesso podem ser nocivos.
Para além do seu uso no campo da medicina, estes compostos têm imensas aplicações industriais, como conservantes alimentares, cosmética, e na prevenção da degradação da borracha. São importantes aditivos na gasolina, prevenindo a formação de gomas que interferem com a actividade dos motores de combustão interna. Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze and Klaus Reders "Automotive Fuels" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007, Wiley-VCH, Weinheim.
História Como parte importante na sua adaptação a partir da vida marinha, as plantas terrestres começaram a produzir antioxidantes não-marinhos como ácido ascórbico (vitamina C), polifenóis e tocoferóis. A evolução de plantas angiospérmicas entre 50 a 200 milhões de anos atrás, ocorrida sobretudo durante o jurássico, teve como consequência o desenvolvimento de inúmeros pigmentos antioxidantes como defesa contra as espécies reactivas do oxigénio que são subprodutos da fotossíntese. O termo antioxidante foi inicialmente usado referindo-se especificamente a um químico que impedisse o consumo de oxigénio. No fim do século XIX e início do século XX, efectuaram-se investigações exaustivas sobre o uso de antioxidantes para importantes processos industriais, como na prevenção da corrosão do metal, a vulcanização da borracha, e a polimerização de combustíveis na incrustação em motores de combustão interna.
As pesquisas iniciais sobre o papel dos antioxidantes na biologia focaram-se no seu uso na prevenção da oxidação de gorduras insaturadas, que são a causa da rancificação. A actividade do antioxidante podia ser medida simplesmente através da colocação da gordura num invólucro fechado e medindo a taxa de consumo de oxigénio. No entanto, foi a identificação das vitaminas A, C, e E enquanto antioxidantes que revolucionou o tema e levou à percepção da real importância dos antioxidantes na bioquímica dos organismos vivos.
Os mecanismos de acção prováveis dos antioxidantes foram inicialmente investigados quando se observou que uma substância com actividade antioxidativa seria muito provavelmente uma que se oxidava a si própria. A investigação sobre a forma como a vitamina E previne o processo da peroxidação dos lípidos levou à identificação dos antioxidantes como agentes de redução que previnem reacções de oxidação, frequentemente pela neutralização das espécies reactivas do oxigénio antes que possam danificar as células.
O desafio da oxidação na biologia
Um paradoxo no metabolismo demonstra que, apesar da grande maioria da vida na Terra necessitar de oxigénio para a sua própria existência, o oxigénio é uma molécula altamente reactiva que danifica organismos vivos através da produção de espécies reactivas do oxigénio. Como consequência, os organismos apresentam uma rede complexa de metabólitos e enzimas antioxidantes que trabalham juntos de modo a prevenir os danos resultantes da oxidação em componentes celulares como o ADN, proteínas e lípidos. Geralmente, os sistemas antioxidantes ou impedem a formação destas espécies, ou eliminam-nas antes que possam danificar componentes vitais das células. Porém, uma vez que as espécies reactivas do oxigénio desempenham funções úteis nas células, como a sinalização da redução de oxidação, a função dos sistemas antioxidantes não é remover completamente os antioxidantes, mas sim mantê-los nos níveis de referência.
As espécies reactivas do oxigénio produzidas nas células incluem o peróxido de hidrogénio (H2O2), o ácido hipocloroso, e radicais livres como o radical hidroxilo (·OH) e o anião superóxido (O2−). O radical hidroxilo é particularmente instável e reage rápida e aleatoriamente com a maior parte das moléculas biológicas. Esta espécie é produzida a partir do peróxido de hidrogénio em reacções redox de catálise metálica, como a reacção de Fenton. Estes antioxidantes podem danificar as células ao iniciar reacções químicas em cadeia como a peroxidação de lípidos, ou através da oxidação de ADN ou proteínas. Os danos no ADN podem causar mutações e possivelmente cancro se não forem revertidos por mecanismos de reparação de ADN, enquanto que os danos nas proteínas causam inibição enzimática, desnaturação e degradação proteíca.
O recurso ao oxigénio como parte do processo de geração de energia metabólica produz espécies reactivas do oxigénio. Neste processo, o anião superóxido é produzido como um subproduto em várias etapas da cadeia de transporte de electrões. De particular importância é a a redução da Coenzima Q10 no complexo III, uma vez que se forma como intermediário um radical livre altamente reactivo (Q·−). Este intermediário instável pode levar a "fugas" de electrões, quando estes últimos passam directamente para o oxigénio e formam o anião superóxido, em vez de se moverem através da sequência normal de reacções controladas na cadeia de transporte dos electrões. O peróxido é também formado pela oxidação de flavoproteínas, como o complexo I. Contudo, embora estas enzimas possam produzir oxidantes, a importância relativa da cadeia de transporte de electrões em relação a outros processos de produção de peróxido ainda não é clara. Nas plantas, algas e cianobactérias, as espécies reactivas do oxigénio são também produzidas durante a fotossíntese, sobretudo em condições de grande intensidade luminosa. Este efeito é contrabalançado em parte pela participação de carotenoides na fotoinibição, que envolve a reacção destes antioxidantes com formas sobre-reduzidas dos centros reaccionais fotossintéticos de modo a prevenir a produção de espécies reactivas do oxigénio.
Metabólitos Sumário
Os antioxidantes são classificados em duas divisões amplas, dependendo se são ou não solúveis em água (hidrofílicos ou hidrofóbicos) e se são ou não solúveis em lípidos (lipofílicos ou lipofóbicos). De uma maneira geral, os antioxidantes solúveis em água reagem com oxidantes no citosol celular e no plasma sanguíneo, enquanto antioxidantes solúveis em lípidos protegem as membranas celulares da peroxidação dos lípidos. Estes compostos podem ser sintetizados no próprio corpo ou obtidos através da dieta alimentar. Os vários tipos de antioxidantes estão presentes numa grande variedade de concentrações em fluidos e tecidos do corpo humano, estando alguns presentes sobretudo em células, como a glutationa ou a ubiquinona, enquanto outros estão distribuídos uniformemente, como o ácido úrico (ver tabela em baixo). Alguns antioxidantes encontram-se apenas em determinados organismos, podendo ser agentes patogénicos e factor de virulência.
A importância relativa e as interacções entre os diferentes antioxidantes formam uma problemática complexa, uma vez que os vários sistemas metabólitos e enzimáticos têm efeitos sinérgicos e interdependentes entre cada um deles. A acção de um antioxidante pode assim depender do correcto funcionamento dos outros componentes do sistema antioxidante. A quantidade de protecção proporcionada por qualquer antioxidante dependerá também da sua concentração, da sua reactividade perante determinada espécie reactiva ao oxigénio e do estatuto dos demais antioxidantes com que interage.
Alguns compostos contribuem para a defesa antioxidante através da formação de quelatos de metais de transição, impedindo-os de catalisar a produção de radicais livres na célula. Especialmente importante é a capacidade para agarrar o ferro, presente em certas proteínas como a transferrina e ferritina. O selénio e o zinco são frequentemente citados como "nutrientes antioxidantes", embora não possuam qualquer acção antioxidante por si próprios, sendo apenas necessários para a actividade de algumas enzimas antioxidantes, como demonstrado em baixo.
Metabólito antioxidanteSolubilidadeConcentração no soro humano (μM)Concentração no tecido hepático (μmol/kg)Ácido ascórbico (vitamina C)Água50 – 60260 (humanos)GlutationaÁgua46 400 (humanos)Ácido lipóicoÁgua0,1 – 0,74 – 5 (rat)Ácido úricoÁgua200 – 4001 600 (humanos)CarotenosLípidosβ-caroteno: 0,5 – 1 retinol (vitamina A): 1 – 35 (humanos, carotenóides totais)α-Tocoferol (vitamina E)Lípidos10 – 4050 (humanos)Ubiquinol (coenzima Q)Lípidos5200 (humanos)
Ácido úrico