Metabolismo do metilglioxal pela glioxalase

Fig.: AGEs. Esquema de formação, de desintoxicação do glioxal, na formação de adutos de proteinas e DNA.
O glioxal pode ser produzido de forma endógena ou exógena, resultam de uma fonte, como a ingestão de alimentos.

O glioxal é endogenamente produzido durante o metabolismo normal celular por vias independente de enzimas, como a reação espontânea de grupos de aminoácidos em proteínas com açúcares redutores (Reação de Maillard), auto-oxidação do açúcar, a oxidação do DNA, oxidação de ácidos graxos poliinsaturados e danos por radiação UV, e em condições de estresse oxidativo e depleção de GSH (Thornalley, 2002; Wondrak et al., 2002).

O glioxal é um produto do metabolismo e oxidação microssomal de compostos como glicolaldeido, etileno glicol, e β-hidroxi-substituídos Nnitrosaminas e, possivelmente, contribui para a ação tóxica, genotóxica e tumorigênica destas substâncias (Loeppky & Goelzer, 2002; Loeppky et al., 2002).

As concentrações endógenas de glioxal em humanos tecidos e fluidos corporais, como acontece com outros α-oxoaldehydes, são limitados pela alta eficiência catalítica da Glyoxalase sistema (Thornalley, 1995), bem como pela rápida reação de glioxal com proteínas (Sady et al., 2000).

A GSH citosólico dependente do sistema Glioxalase é a principal via para a desintoxicação de glioxal.i

O glioxal reage não enzimaticamente com GSH com formação de um hemitioacetal, que é posteriormente convertido para S-glicolilglutationa pela Glioxalase I. A Glyoxalase II catalisa a hidrólise de S-glicolilglutathiona a glicolato, a partir do GSH.

Glicação das proteínas, nucleotídeos e fosfolipídios por glioxal e metilglioxal, que são substratos fisiológicos de uma Glioxalase, que suprime estes metabólitos alfa oxoaldeido, representando uma parte da defesa enzimática contra a glicação. A Glioxalase protege contra alterações dicarbonil do proteoma, genoma e lipoma. Modificações funcionais deste processo - implica num papel na sinalização celular, envelhecimento e doença. (PJ Thornalley, 2008)

Absorção, formação endógena, eliminação de adutos de glicação protéica livres

Figura - Hipótese do transporte de adutos livre de glicação no lúmen capilar peritoneal para a cavidade peritoneal, envolvendo "pequenos poros" na ultrafiltração e transportador transcitose de aminoácidos através do endotélio capilar (b).

CML = Ne-(carboximetil lisina),

MG-H1 = Nd (5 -hidro-5-metil-4-imidazolon-2-il)-ornitina.

Adutos de glicação são encontrados em proteínas plasmáticas e tecido (resíduos aduto glicação), em peptídeos (resíduos de aduto de glicação peptídeo), e aminoácidos glicados. Estes dois últimos grupos surgem a partir de proteólise das proteínas glicosiladas e da glicação de peptídeos e aminoácidos. A quantificação de adutos de glicação na uremia é difícil por causa da presença de várias AGEs diferentes em baixas concentrações e em formas diferentes na presença de muitas interferências potenciais.

Adutos glicação livre são as principais forma de aduto de glicação eliminada na diálise.

A reação de degradação de produtos da glicação em diálise peritoneal de fluidos, particularmente um oxoaldeido, como glioxal, metilglioxal, 3 deoxiglicosona e 3,4 dideoxiglicosona-3-eno, é também uma fonte de resíduos de AGE. Reagem, também, com bases de ácidos nucléicos, particularmente bases ciclase, para formar AGEs nucleotídeos. Induz a apoptose de leucócitos, de célula epitelial tubular e mesoteliais, os efeitos provavelmente mediado pela glicação de ambos os nucleotídeos e proteínas, particularmente ligado a proteínas mitocondriais mudanças na permeabilidade da membrana mitocondrial externa.

Metilglioxal é um potente agente de modificação de proteínas e DNA e está acumulado
principalmente em tecidos susceptíveis a lesões observadas no diabetes: retina, rins e nervos

Figura: O esquema de biodistribuição ilustra os fluxos de formação e remoção de adutos livre de glicação protéica.

Fonte: Thornalley, Paul J. MEASUREMENT OF PROTEIN GLYCATION, GLYCATED PEPTIDES, AND GLYCATION FREE ADDUCTS. Perit Dial Int 2005; 25:522–533

Inicialmente a glicação das proteínas foi vista como uma modificação que ocorria principalmente nas proteínas extracelulares. Especificamente, os AGEs foram pensados formar-se lentamente ao longo da vida e as concentrações de AGEs encontradas representariam um acúmulo ao longo da vida de aduto de glicação. Ex.: CML e CEL acúmulo de resíduos sobre o colágeno da pele. Embora isso possa ser verdadeiro em AGEs estáveis, formados em proteínas de vida longa, sabemos agora que a frutosilisina- FL e que alguns AGEs (por exemplo, hidroimidazolonas) têm relativamente curta semi-vidas química sob condições fisiológicas(2-6 semanas), porém sua concentração depende do equilíbrio das taxas de formação e decomposição. Além disso, resíduos de adutos de glicação de proteínas também são formados em proteínas celulares e em proteínas de curta duração extracelulares.

Adutos de glicação de proteínas e peptídeos são agora chamadas de "resíduos aduto glicação" por analogia com a nomenclatura dos resíduos de aminoácidos.

Adutos de glicação livres são os aminoácidos glicados formado por proteólise exaustiva de proteínas glicosiladas e glicação de aminoácidos.

Existem vários tipos de adutos de glicação em proteínas de tecidos e fluidos corporais in vivo.

Reativos compostos dicarbonil formados endogenamente, tais como: glioxal, metilglioxal e 3-deoxyglucosone,também são potentes agentes glicantes. Eles são formados pela degradação de proteínas glicosiladas, intermediários glicolíticos e peroxidação lipídica.

Thornalley...A maior concentração esperada de AGEs alimentares é absorvida no plasma venoso portal.

Houve, no entanto, peptídeos AGE-rico com um conteúdo de resíduos MG-H1 cerca de dez vezes superior ao do em proteínas plasmáticas em plasma venoso portal [28]. AGEs de alimentos são, portanto, provavelmente absorvidos tanto como AGE adutos livres e peptídeos AGE-rico, o último parece ser degradados eficientemente após a absorção.

AGEs absorvidos do alimento são esperados ter baixa toxicidade em indivíduos com função renal normal.

Pesquisa sobre "glycotoxins" tem estimulado o debate sobre a contribuição das AGEs dietéticos AGE à exposição total.

A toxicidade pode ser mediada principalmente pelos efeitos AGE de adutos livre.

Envolvimento dos AGEs

A formação dos AGEs é considerada um dos mais importantes elos entre hiperglicemia e os danos celulares e teciduais observados no diabetes, as denominadas complicações vasculares da doença. Adicionalmente, esse fenômeno tem sido associado ao envelhecimento (Steele, Stuchbury & Münch, 2007) e vários outros quadros patológicos, além do diabetes, como danos vasculares em portadores de insuficiência renal (Busch et al., 2006), comprometimento do desenvolvimento cerebral pré e pós-natal em portadores de Síndrome de Down (Thiel & Fowkes, 2005), catarata associada ao envelhecimento (Chiu & Taylor, 2007), Alzheimer (Steele, Stuchbury & Münch, 2007), osteoporose (Hein, 2006), artrite reumatóide (Iwashige et al., 2004; Newkirk et al., 2003), aterogênese (Collins & Cybulsky, 2001) e, inclusive, diversos tipos de câncer, como de pulmão, pâncreas, cólon e próstata (Bengmark, 2007). É provável, ainda, que alterações gastrointestinais, tais como esteatose e cirrose hepáticas e enfermidades inflamatórias do intestino grosso, estejam associadas com níveis elevados de AGEs (Bengmark, 2007).

O papel dos AGEs, através de sua interação com seus receptores celulares, os RAGEs, em quadros de resistência à insulina, um componente importante da síndrome metabólica, tem sido confirmado por achados recentes (Hyogo et al, 2007). A resistência à insulina, por sua vez, de incidência crescente nos últimos tempos, provoca acúmulo lipídico no hepatócito, levando a alterações metabólicas hepáticas, que resultam em esteatose, que pode evoluir para formas mais graves de injúria hepática, como esteato-hepatite não alcoólica (EHNA) e cirrose5-9. Os mecanismos moleculares que associam o efeito dos AGEs na resistência à insulina e sua repercussão sobre a esteatose hepática, no entanto, ainda não foram esclarecidos.

Os efeitos adversos dos AGEs podem ser devido ao aumento dos níveis absorvidos de AGEs dietéticos, como descritos na outra postagem dos adutos de glicação protéica livres, mas outros fatores podem ser responsável por esta relação com outras doenças. Por exemplo, o aumento dos níveis de lipídios oxidados da dieta, diminuição dos níveis de antioxidantes da dieta ou outros micronutrientes, ou uma combinação dessas conseqüências do processamento térmico de alimentos. Todavia, não só os AGEs dietéticos exercem efeitos que possam ter impacto na saúde humana, outros fatores, além da temperatura, induzem modificações que podem levar a diferentes níveis dietéticos de AGEs ou a formação de AGEs endógenos. Por exemplo, os lipídios dietéticos podem reagir com a proteína fisiológica, ou a diminuição dos níveis de antioxidantes endógenos, como a glutationa, pode promover a formação de espécies reativas de oxigênio, que por sua vez pode aumentar a oxidação de glicose e lipídios, rendendo carbonilas que são precursores dos AGEs.

A habilidade dos AGEs de formar ligações cruzadas intermoleculares nos tecidos, capturando quimicamente proteínas solúveis como as lipoproteínas, inativando óxido nitroso, NO, e interagindo com proteínas especificas para induzir permeabilidade vascular, acúmulo de matriz extracelular (ECM), estresse oxidativo e estado de pró-coagulação sugerem um papel relevante desses AGEs na disfunção vascular diabética.

A glicação e a formação de ligações covalentes cruzadas entre as cadeias moleculares das proteínas reduzem sua flexibilidade, sua elasticidade e a sua funcionalidade. Além disso, as modificações químicas nas proteínas resultantes da glicação e das ligações cruzadas, podem disparar reações inflamatórias e auto-imunes. A glicação foi observada no colágeno do tecido conectivo, no colágeno arterial, na membrana basal do glomérulo renal, na lente do cristalino ocular, na mielina das fibras nervosas e no LDL (low density lipoprotein) circulante do sangue.

Doenças que não seguem os padrões mendelianos de herança surgem da interação de vários genes, fatores ambientais e comportamentos de risco e são conhecidas como doenças complexas ou multifatoriais dentre as quais se destacam as doenças auto-imunes, mentais e neurodegenerativas (Kibertis e Roberts, 2002).

Doenças associadas à idade, relacionada ao AGEs e radicais livre:

• Complicações do Diabetes
• Aterosclerose
• Catarata
• Câncer
• Doença de Alzheimer
• Doença de Parkinson
• Esclerose lateral amiotrófica
• Artrite Reumatóide
• Doença periodontal
• Síndrome do ovário policístico
• Disfunção erétil

Reação de Maillard, Degradação de Strecker e formação de ligações cruzadas

Aderson de F. Dias. A Reação de Maillard nos Alimentos e Medicamentos, 2009

Maillard Reaction

Gregory Möller, Ph.D.

University of Idaho

Toxicants Formed During

Food Processing

http://www.youtube.com/watch?v=aNjNLbGRmhg

Observe a diferença entre caramelização e reação de Maillard, os compostos formadores, temperatura utilizada na caramelização, etc. A reação de Maillard e a oxidação lipídica são as duas reações que mais ocorrem durante o processamento dos alimentos. Ela ocorre em todos os tecidos e fluidos corporais.

Em 1912, o francês Louis-Camille Maillard misturou 1 parte do aminoácido glicina com 4 partes de glicose, adicionou 4 partes de água e aqueceu no “banho maria” por dez minutos. A mistura tornou-se amarela, acelerando para tons de marron-escuros e finalmente o líquido começou a espumar pela liberação de CO2 proveniente da decomposição do aminoácido. Generalizando, ao aquecer grupamento amina de aminoácidos, fosfolipídeos (fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina) e guanil nucleotídeos do DNA, com substratos carbonílicos, como açúcares redutores, uma quantidade inimaginável de compostos são produzidos, os quais dão aspectos positivos nas propriedades organolépticas, ou seja, na cor, odor, aroma e textura dos alimentos, contudo alteram a biodisponibilidade de aminoácidos, com perda de aminoácidos essenciais e a geração de substâncias mutagênicas, cancerígenas e dos chamados “Produtos finais da glicação avançada", que contribuem em muitas doenças do envelhecimento, incluindo doenças vasculares (tais como aterosclerose, hipertensão pulmonar e baixa circulação capilar), doenças renais, enrijecimento das juntas e da pele, catarata, retinopatia diabética, neuropatia, Doença de Alzheimer, incontinência urinária, cardiomiopatias e diabetes mellitus (Dias, 2009).

http://www.youtube.com/watch?v=t3IFLtZZipk

Veja a diferença de pH e tempo na formação de produtos da reação de Maillard. A carmelização foi formada aquecendo água e açúcar a 170°C. Por este aquecimento houve o desdobramento da sacarose em frutose e glicose que podem ser substrato da Reação de Maillard. Já em outro experimento aquecendo cebola e carne foi formada a reação de Maillard.

Neste experimento, observa-se simplesmente o aquecimento da cebola com bicarbonato de sódio, isto é, em pH ligeiramente alcalino e sem bicarbonato, em diferentes espaços de tempo, 2, 4, 6, 8 e 11 minutos. Mostrando o escurecimento mais rápido, pelo aquecimento em presença de bicarbonato, e a coloração mais intensa a medida do maior espaço de tempo de aquecimento.

Recordando as estruturas de uma proteina e a denaturação protéica, que facilita a ligação com os compostos carbonilas de um açúcar ou de um glioxal e um metilglioxal.

A proteína nativa é mantida por um delicado balanço de forças não covalentes, como pontes de hidrogênio, pareamento de íons, interações hidrofóbicas e força de van der Waals. Com o aumento da temperatura, essas interações são rompidas e a proteína se desdobra. O grau de desdobramento de uma proteína pode ser observado por colorimetria, fluorescência, espectroscopia, viscosidade e migração. Algumas proteínas recuperam sua conformação ativa após o resfriamento, porém, para a maioria, a desnaturação é irreversível. As proteínas desenroladas formam estruturas dispersas que podem se agregar. Essa agregação ocorre quando resíduos hidrofóbicos, que normalmente ficam no interior da molécula nativa e são expostos ao solvente, em conseqüência do desenrolamento, interagem com outros resíduos hidrofóbicos de outras cadeias desenroladas.

http://www.youtube.com/watch?v=0p_JNgE4KlY

Resumo: PRINCIPAIS ANTI-GLICANTES NATURAIS: POSSÍVEIS MECANISMOS DE ATUAÇÃO E EFEITOS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Nutrição da Universidade Federal de Alagoas, 2009, por ROSE CAROLINNE CORREIA DA SILVA, orientado por LUCI TOJAL e SEARA.

RESUMO:

AGEs (do inglês, Advanced Glycation Endproducts/em português, produtos da glicação avançada) possuem ação pró-oxidante, pró-inflamatória e antigênica, com formação intra e extracelular através de ligações cruzadas com proteínas biologicamente ativas, contribuindo para doenças alérgicas, autoimunes e doenças crônicas não transmissíveis (DCNTs). Estratégias que limitem a ingestão e formação endógena de AGEs são consideradas preventivas e terapêuticas. A presente revisão tem como objetivo, identificar os principais anti-glicantes naturais, bem como seus efeitos e possíveis mecanismos de atuação em modelos in vivo e in vitro. Alium sativum, arginina, Camellia sinensis, carnosina, cisteína, Curcuma longa, Ilex paraguariensis, kaempferol, miricetina, morin, Passiflora alata, Passiflora edulis, Phaseolus vulgaris, piridoxamina, Psidium guajava, quercetina, rutina, tiamina, tomate, Vitis vinifera e Withania somnifer são anti-glicantes naturais que incluem substâncias naturalmente presentes em alimentos, nutrientes ou não, e extratos herbais. Agem nas fases iniciais e tardias da glicação competindo por aminogrupos; impedindo que cadeias abertas de açúcares glicantes sejam formadas; ligando-se a intermediários da glicação para prevenir sua progressão para AGEs; reagindo com as carbonilas dos açúcares; atenuando a glicoxidação e/ou estresse oxidativo pelo sequestro de radicais livres. Pesquisas adicionais em humanos sobre o mecanismo de atuação de cada um dos anti-glicantes descritos precisam ser realizadas, considerando a eficácia de absorção dos componentes dos extratos herbais e limites máximos de ingestão toleráveis. Recomenda-se incrementar o consumo dietético de antioxidantes e anti-glicantes naturais associado a tratamentos térmicos que não destruam essas propriedades.

Resumo: CONTRIBUIÇÃO DOS PRODUTOS FINAIS DE GLICAÇÃO AVANÇADA (AGEs) DIETÉTICOS NO DESENVOLVIMENTO DA ATEROSCLEROSE

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Nutrição da Universidade Federal de Alagoas, 2009, por ELISA BATISTA OLIVEIRA E SILVA, orientado por LUCI TOJAL e SEARA.

Comentários da Elisa:

A ingestão excessiva de AGEs/produtos de glicação está diretamente associada com o aumento das concentrações séricas destes compostos e suas repercussões patofisiológicas. Os estudos sobre doenças crônicas não transmissíveis trazem atualmente a relação entre os produtos de glicação e essas doenças. Desta forma, este trabalho, desenvolvido por mim (Elisa) sob a orientação da Prof.ª Luci, visou esclarecer a relação entre AGEs dietéticos e aterosclerose na presença da inflamação e do estresse oxidativo. Além de pró-oxidantes, os AGEs são pró-inflamatórios através da interação AGE-RAGE que origina uma cascata de sinalização inflamatória celular. O RAGE, receptor para AGEs, encontra-se nas células participantes da aterogênese, como as células endoteliais, as células do músculo liso e os macrófagos, confirmando a glicação como mais uma via que concorre para a instalação da aterosclerose (SILVA, EBO).

RESUMO:

Os Produtos Finais de Glicação Avançada (AGEs), presentes na dieta, absorvidos no intestino, juntam-se ao endógeno exercendo atividades pró-oxidativa e pró-inflamatória, contribuindo para a aterosclerose. Esta revisão tem como objetivo investigar o papel dos AGEs dietéticos no desenvolvimento e nas complicações da aterosclerose para melhorar a abordagem terapêutica da doença. As principais conseqüências da ingestão de AGEs em nível vascular são o aumento das concentrações séricas destes compostos, da interação AGE-receptor (AGE-RAGE), da inflamação, do estresse oxidativo e da lesão vascular. A disfunção endotelial ocorre em proporção direta ao consumo de AGEs, que realizam ligação cruzada com lipoproteínas, levando à dislipidemia, e com proteínas da parede dos vasos, como o colágeno e a elastina. A ligação cruzada dessas proteínas associada à redução do óxido nítrico e de prostaciclina promovem a vasoconstrição e hipertensão. Esse processo complexo promove o desenvolvimento da aterosclerose e suas complicações. Novas estratégias dietoterápicas relacionadas aos AGEs devem ser consideradas para aumentar a eficácia da terapia nutricional em doenças cardiovasculares, preconizado pelas diretrizes sobre dislipidemias e aterosclerose.

A Glicação do colágeno tipo IV, com desprendimento de células endoteliais e glicação da apolipoproteína B100, lipoproteína de baixa densidade, com aumento de aterogenicidade são dois exemplos que podem ligar a glicação de proteína a um risco aumentado de doença cardiovascular em fase final da doença renal.

Adutos de glicação livres são formados pela proteólise celular de proteínas glicosiladas, glicação direta de aminoácidos e a digestão de proteínas glicosiladas no alimento.

Paul J. Thornalley and Naila Rabbani. Highlights and Hotspots of Protein Glycation in End-Stage Renal Disease. Seminars in Dialysis—Vol 22, No 4 (July–August) 2009. pp. 400–404.