Em Química, os radicais ou radicais livres são átomos ou moléculas que contêm um número impar de eletróns na sua última camada eletrônica e, devido a este não emparelhamento, são muito instáveis e têm alto poder reativo. Essas moléculas são liberadas pelo metabolismo do corpo com eletróns instaveis e reativos, podendo conferir doenças degenerativas de envelhecimento e morte celular.
Quando uma grande quantidade liberada pelo organismo, como o excesso de exercícios físicos de grande intensidade e duração, exposição ao sol em demasiado, fumar ou ingerir alimentos com muita fritura e refinados, – o riscos de desenvolver problemas como o envelhecimento precoce e doenças como Parkinson, Alzheimer é acelerada.
O radical fica livre durante pouco tempo enquanto está passando de um composto para outro. Nesse intervalo de um composto para outro, apresenta valência(s) livre(s). É o produto de uma cisão homolítica.
No nosso organismo, os radicais livres são produzidos pelas células e moléculas, durante o processo de combustão por oxigênio, utilizado para converter os nutrientes dos alimentos absorvidos em energia. Os radicais livres podem danificar células sadias do nosso corpo, entretanto, o nosso organismo possui enzimas protetoras que reparam 99% dos danos causados pela oxidação, ou seja, nosso organismo consegue controlar o nível desses radicais produzidos através de nosso metabolismo.
Alimentos como mamão, a laranja, a cenoura, a cebola, o morango e o espinafre possuem propriedades antioxidantes como o beta-caroteno e as vitaminas C e E e o selénio e são capazes de diminuir a ação dos radicais livres.
Fatores externos contribuem para o aumento da formaçao dessas moléculas:
Poluição ambiental, resíduos de pesticidas, presentes nos alimentos cultivados em grandes quantidades e que abastecem as grandes cidades. Substâncias presentes em alimentos e bebidas (aditivos químicos, hormônios, entre outros). Raio-X, radiação ultravioleta e radiação gama em alimentos. Estresse.*
Oxidantes como espécies danosas
Um radical livre pode ser definido como uma molécula capaz de existir independente, que contenha um elétron desemparelhado, podendo ser considerado como um fragmento de moléculas, no orbital atômico. A presença de um elétron não emparelhado produz certas propriedades comuns que são observadas pela maioria dos radicais. Muitos radicais são instáveis e altamente reativos. Eles podem doar um elétron ou aceitar um elétron de outras moléculas, portanto, comportando-se como oxidantes ou redutores.
thumb|Figura pro trabalho|Figura 1: Alguns radicais orgânicos
O primeiro radical livre orgânico identificado foi trifenilmetil radical. Esta espécie foi descoberta por Moses Gomberg em 1900 na Universidade de Michigan EUA. Moses Gomberg estava tentando sintetizar um composto de carbono chamado hexafeniletano quando, inadvertidamente, ele sintetizou trifenilmetil, uma substância misteriosa, altamente instável. Ele reconheceu que tinha encontrado um radical livre e mostrou que o carbono não é sempre tetravalente.
thumb|fadsfas|Figura 2: Reação de Moses Gomberg do Trifenilmetil
Gomberg publicou suas descobertas em 1900, mas a existência de trifenilmetil e outros radicais livres orgânicos permaneceram na disputa por quase uma década. Eles eram vistos como uma curiosidade, mesmo depois da comunidade científica reconhecer sua existência.
Sabemos agora que os radicais livres orgânicos são essenciais para a maneira pela qual algumas enzimas funcionam no corpo humano. Sabemos que os radicais livres orgânicos estão envolvidos no processo de envelhecimento do corpo, no seu funcionamento saudável e no desenvolvimento de cancro e outras doenças graves. Compreender os radicais livres orgânicos tem nos ajudado a explicar a síntese de DNA no corpo e muitos outros fenômenos naturais, da deterioração dos alimentos aos efeitos de queimaduras solares. Os radicais livres orgânicos também desempenham um papel importante na produção de plásticos, borracha sintética e outros materiais sintéticos largamente utilizados.
Radicais livres como espécies danosas
A interação dos radicais livres com o sistema biológico, independentemente de sua fonte, pode, por vezes, resultar em consequências significativas para a saúde, podendo contribuir para o desenvolvimento de certas patologias associadas ao envelhecimento, bem como estar associada com o próprio processo de envelhecimento como apontam Halliwell & Guttere (2007, p. 614). Os efeitos danosos promovidos por esta interação são muito variados quanto às formas de manifestação e dependem de inúmeros fatores associados à espécie reativa, ao tipo e extensão do dano a biomoléculas, ao local de ação e, sobretudo, à capacidade de reparo do sistema biológico.
Estresse oxidativo
O conceito de estresse oxidativo baseia-se na relação entre os níveis celulares de oxidantes e antioxidantes. Um desequilíbrio nesta relação poderia determinar alterações importantes na fisiologia celular considerando-se por um lado o papel de radicais livres em vias de sinalização e por outro como agentes do dano oxidativo. Segundo Helmut Sies (1991), estresse oxidativo define-se como uma perturbação no balanço pró-oxidante-antioxidante com predomínio de pró-oxidantes, levando a potenciais danos. Neste sentido, o estresse oxidativo poderia resultar, como apontado em Halliwell e Whiteman (2004) e em Halliwell & Gutteridge (2007): -da redução dos níveis de antioxidantes: por mutações que afetam a atividade de defesas antioxidantes enzimáticas (superóxido dismutases, catalases, glutationa peroxidases, glutationa redutases, peroxirredoxinas, tiorredoxinas, enzimas de reparo); por ação de toxinas que depletem defesas antioxidantes (como a depleção de glutationa (GSH) por conjugação a metabólitos e xenobióticos em sua biotransformação); por deficiências dietárias de certos minerais (cofatores de enzimas antioxidantes) e antioxidantes; -e/ou do aumento na produção de espécies reativas: por exposição de células e tecidos a altas tensões de O2 (condições de hiperóxia); por efeito de substâncias (fármacos, xenobióticos, toxinas) que possam gerar espécies reativas em sua biotransformação; ou por ativação excessiva de sistemas naturais de produção de espécies reativas (como na ativação de fagócitos em doenças inflamatórias crônicas);
Consequências do estresse oxidativo
Alterações na fisiologia celular(estrutura da célula) associadas ao estado de estresse oxidativo podem decorrer não apenas diretamente do dano oxidativo a biomoléculas (afetando sua função), mas também da interferência dos mesmos nas vias de sinalização (via oxidação e redução de grupos sulfidrila (-SH) presentes em proteínas (Forman et al., 2004), além de íons Fe, presentes por exemplo nos grupos [Fe-S] de certas enzimas (Lillig et al., 2005)). As consequências do estresse oxidativo são variadas, estando associadas ao tipo celular e extensão dos danos oxidativos (reversíveis ou irreversíveis). Como apontado em Halliwell & Gutteridge (2007, p. 188-207), eles podem induzir: - aumento da proliferação (em geral em níveis baixos de estresse oxidativo; efeitos pró-proliferativos podem ainda estar associados à fisiopatologia de determinadas doenças (como aterosclerose, artrite reumatoide; podendo contribuir para fibrose em certos quadros (Poli et al., 1997)); - adaptação (moderadas condições de estresse oxidativo podem induzir o aumento da expressão de certas defesas antioxidantes); - dano celular (pode afetar a expressão gênica (por mutações e interferência em vias de sinalização), podendo ainda afetar a comunicação intercelular por junções gap como apontado em Mikalsen et al.(1994)); - senescência (em geral induzido por condições mais severas de estresse oxidativo, podem estar associadas à indução da expressão de proteínas que inibem a progressão do ciclo celular); - morte celular (por necrose ou apoptose (neste último caso, alterações da permeabilidade da membrana da mitocôndria por dano oxidativo pode favorecer a liberação de fatores pró-apoptóticos (Chandra et al., 2000)).
Radicais livres na toxicologia
O efeito tóxico associado a agentes físicos, como a radiação ionizante, bem como a muitas substâncias químicas pode ter como base a geração de radicais livres. Entretanto, a simples constatação da produção de radicais livres estar associada a alguns agentes químicos pode não necessariamente implicar a atuação dos mesmos como principal mecanismo de toxicidade como apontam Halliwell & Gutteridge (2007, p. 440; 486-487). O papel de radicais livres na toxicidade de diversas substâncias, como xenobióticos e fármacos (sendo, neste último caso, a base para determinadas reações adversas) está bem estabelecido, tendo sido descritos diversos mecanismos pelos quais tais agentes podem interferir no estado redox celular, assim como a relação entre esta alteração com as manifestações clínicas de seus efeitos tóxicos. Como apontado em Halliwell & Gutteridge (2007, p. 442) e em Klaassen (2008, p. 51-53): - o agente químico pode ser uma espécie reativa (como NO2, artemisinina (que possui um grupo peróxido)); - espécies reativas podem ser geradas do metabolismo (biotransformação) da substância química (como CCl4); - a substância pode estar envolvida em um ciclo redox, havendo geração de espécies reativas (como no caso do praguicida paraquat); - a substância pode induzir a produção endógena de espécies reativas, induzindo, por exemplo, citocromo P450 ou óxido nítrico sintase; - o agente químico ou algum de seus metabólitos podem se associar a biomoléculas, como proteínas, alterando sua conformação e induzindo uma resposta imune que pode contribuir com a produção de espécies reativas; - na biotransformação da substância pode haver consumo de GSH, podendo levar à depleção de glutationa reduzida (como paracetamol);
Radiação Ionizante: geração de radicais livres
A interação da radiação ionizante com a matéria pode viabilizar a transferência de energia suficiente para permitir a ionização e formação de radicais livres a partir de diversas moléculas (Oga, 2003, p. 127). São exemplos de radiações ionizantes: raios-X e radiação gama. Uma parte significativa dos danos celulares associados às radiações ionizantes deve-se a formação de radical hidroxila (OH∙) (Halliwell & Gutteridge 2007, p. 484).
2.2 Tetracloreto de Carbono (CCl4): metabólitos reativos
Tetracloreto de carbono é um toxicante de importância ocupacional com ação hepatotóxica, tendo sido seu emprego em diversos processos (como solvente e desengraxante, por exemplo) restringido em função de sua considerável toxicidade (Weber et al., 2003). Sua elevada lipossolubilidade facilita a passagem através das membranas celulares (favorecendo sua absorção). Pode ser absorvido por via pulmonar (inalação de vapores) ou cutânea (Oga, 2003, p. 212). É metabolizado pelo sistema citocromo P450, levando à formação do radical triclorometila que pode reagir com diversas biomoléculas. Tal radical pode ainda reagir com O2 formando o radical triclorometilperoxila (altamente reativo). O dano oxidativo resultante é apontado como importante mecanismo para seu efeito hepatotóxico (Halliwell & Gutteridge 2007, p. 444-445).
Metais: geração de radicais livres
O aumento da produção de espécies reativas de oxigênio é apontado como mecanismo da toxicidade de diversos metais. A exposição a traços de metais de importância toxicológica (como chumbo, mercúrio, níquel, cadmio, vanádio, cromo e alumínio) pode estar associada à ingestão de alimentos contaminados, à poluição e à exposição ocupacional (mineração, fundição, soldagem, queima de combustíveis fósseis) O cromo V,, por exemplo, gerado na redução do cromo VI (estado de oxidação no cromato) pode levar à formação de radical hidroxila, ao reagir com peróxido de hidrogênio (H2O2).
Paraquat: participação em ciclo redox