Proteínas típicas mediadas por ROS/RNS e modificações da cadeia lateral. Esta figura retrata algumas das principais modificações reversíveis e irreversíveis de proteínas causadas por ROS/RNS. A parte superior mostra diferentes modificações que algumas proteínas podem sofrer nas células expostas ao stress oxidativo. Algumas delas são modificações oxidativas reversíveis (caixa verde), que podem ser revertidas pela máquina enzimática celular (ver texto abaixo); outro caminho reversível é a modificação pelas enzimas celulares, que ocorre em resposta ao estresse oxidativo (caixa amarela). Estas modificações podem ser induzidas diretamente por ROS/RNS ou por reações enzimáticas em resposta a ROS/RNS ou por um redox-state deslocado da célula, um exemplo comum para isto é a chamada S-glutathionylation, induzida principalmente pela oxidação de resíduos de cisteína e revertida de forma enzimática . Outra categoria é a formação de modificações oxidativas irreversíveis por ROS/RNS que não podem ser revertidas pelas enzimas celulares (laranja). Tais proteínas são geralmente reconhecidas e degradadas por sistemas enzimáticos celulares especializados . A parte inferior da figura lista as modificações de proteínas oxidantes, classificadas por princípios gerais ou por reações específicas de cadeias laterais de aminoácidos. As modificações reversíveis são encontradas principalmente nos resíduos de cisteína e metionina, os únicos dois aminoácidos que podem ser reduzidos/reparados pela maquinaria enzimática antioxidante celular. O sulfóxido de metionina (MetSO) pode ser reduzido pelas redutases Msr-A (específica para o S-stereoisômero) e Msr-B (específica para o R-stereoisômero de MetSO); ambos (Msr-A/B) usam a tioredoxina (Th-(SH)2) como elementos redutores; depois disso, Th-(S-S) é reduzido a Thr-(SH)2 novamente pela enzima tioredoxina redutase de uma forma consumidora de NADPH. O outro resíduo de aminoácidos muito susceptível à ROS/RNS é a cisteína. Sua oxidação causa em ligações cruzadas (dissulfuretos) intra ou intermoleculares de proteínas. Similar ao MetSO, a cisteína pode ser reduzida por tioltransferases, que usam glutationa (GSH) ou tioredoxina reduzida (Th-(SH)2) a fim de reduzir um dissulfeto (-S-S-S-) em dois grupos separados -SH (sulfidrílicos). Dos diferentes estágios de oxidação da cisteína, apenas a formação do radical cisteína (proteína-Cys-S-) e a oxidação ao ácido sulfênico (proteína-Cys-SOH) é reversível, enquanto a oxidação ao ácido sulfínico e sulfônico é irreversível, apesar de uma única exceção conhecida e altamente especializada: a sulfredoxina é realmente capaz de reduzir o ácido sulfínico (proteína-Cys-SO2H) em peroxiredoxinas em uma reação de consumo de ATP. A perda de grupos de SH pode resultar em desdobramento/ desdobramento de proteínas, inativação (centro catalítico), diminuição da capacidade antioxidativa, bem como a perda de funções específicas. A variação das modificações proteicas irreversíveis superam em muito as reversíveis e têm em comum o facto de não poderem ser reparadas/reduzidas pela maquinaria antioxidante da célula. Tais modificações gerais (campo de descrição esquerdo da parte inferior desta figura) podem ser induzidas por ataques de radicais altamente reativos como o hidroxil, que são capazes de induzir fragmentação da proteína, enquanto o ataque à glicina parece desempenhar um papel importante, assim como na prolina, histidina e lisina; além disso, a histidina é importante na formação de ligações cruzadas covalentes. Outros eventos são a des e transaminação (de resíduos de glutamina e asparagina) que podem mesmo ocorrer de forma espontânea e não precisam ser mediados/induzidos por ROS/RNS . Além disso, foi demonstrada a formação dos chamados produtos finais de glicação avançada (AGE’s): Nε-carboximetilisina (CML) e Nε-carboximetilisina (CEL), bem como diferentes dímeros de glioxal-lisina (GOLDs) e dímeros de metilglioxal-lisina (MOLDs) ou pentosidina . Estes AGEs são produtos de açúcares e proteínas, formando proteínas glicosiladas que podem ocorrer também a partir do metilglioxal, um potente agente glicosante derivado de trioses. Muito propensos a modificações oxidativas são também os lipídios de uma célula. Após a lesão mediada por ROS/RNS, entre outros aldeídos altamente reativos são formados, que são capazes de reagir com proteínas. Os principais aldeídos reativos são 4-hidroxi-2,3-nonenal (HNE, um dos mais abundantes produtos de peroxidação lipídica, um aldeído bifuncional, capaz de covalentemente cruzar proteínas através da reação com cisteína, lisina ou histidina, seguido de reacção com um resíduo de lisina de outra proteína) , 4-hidroxihexenal (HHE), malondialdeído (MDA, forma Nε-malondialdehydelysine com resíduos de lisina ou o aduto fluorescente 1,4-dihidropyridine-3,5-dicarbaldehydes) . Os aldeídos glioxal e acroleína reagem principalmente com lisina, arginina e histidina. Os produtos finais das referidas reacções são referidos na literatura como “produtos finais de peroxidação lipídica avançada” (ALEs). Um passo típico na fragmentação da espinha dorsal da proteína é a formação de um radical alcoxil dentro da proteína, que pode se decompor através das chamadas vias de diamante ou α-amination. As modificações oxidativas irreversíveis de resíduos específicos mostram uma grande variedade, mas nos sistemas biológicos podem ser encontradas várias modificações predominantes, algumas delas listadas no campo de descrição direito da parte inferior desta figura. Nas células, a formação de 3-nitrotirosina é principalmente um indício da presença de peroxinitrito (ONOO-), e assim a detecção imunoquímica da 3-nitrotirosina tornou-se um marcador quantitativo e qualitativo para a oxidação de proteínas mediada por ONOO-. As ditirosinas são formadas principalmente através da reação de dois radicais tirosil . Estas podem ser formadas pela reação de cadeias laterais de tirosina com radicais hidroxila, hipoclorito ou peroxinitrito . Além disso, a hidroxil radical mediada pela hidroxilação da fenilalanina, tirosina e triptofano desempenha um papel importante, assim como reações comparáveis de histidina, formando a 2-oxohistidina . Os carbonilos proteicos são a modificação proteica oxidativa mais abundante – sua taxa de formação é cerca de 10 vezes maior do que para qualquer outra modificação proteica oxidativa. Os carbonilos proteicos são formados principalmente pela oxidação da valina, leucina, isoleucina, lisina, glutamina, arginina, e cadeias laterais de prolina. Devido à sua alta ocorrência e ao estabelecimento de métodos de fácil manuseio, os carbonilos protéicos são o marcador quantitativo de modificação proteica oxidativa mais utilizado. (Para interpretação das referências à cor nesta legenda da figura, o leitor é referido à versão web deste artigo.)