lÍpidos - unamdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/2-lipidos-3_31520.pdfauto –oxidaciÓn ii oxígeno...

AUTO – OXIDACIÓN II

LÍPIDOSOxidación IIa

1

AUTO – OXIDACIÓN II2

• AUTO-OXIDACIÓN• Radicales libres• Oxigeno triplete• Radicales Peroxi (ROO°)

• FOTO-OXIDACIÓN• Lipooxigenasas • Fotooxigenación/Cicloadición

Ataque de oxigeno singuletea doble ligadura de Ac. Graso

• Formación de ROOH• Ruptura de ROOH a radicales

• ROO•• RO•• R•• HO•

INICIACIÓN AUTO-OXIDACIÓN


Inicio del proceso de Oxidación …

… POR DOS TIPOS DE REACCIONES

1.- SUPERACIÓN DE BARRERA ENERGÉTICA QUE IMPIDE REACCIÓN DE

ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS + OXIGENO

Foto-oxigenación

Producción de hidroperóxidos

Lipo-oxigenasas

2.- TRANSFORMACIÓN DE HIDROPEROXIDOS EN RADICALES

(POR METALES PESADOS O HEMOPROTEÍNAS)

3


Oxígeno singulete (Foto-Oxigenación) …

• LOS DOS ELECTRONES TIENEN SPINES OPUESTOS

• GRAN REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA

• ESTADO EXCITADO

• MÁS ELECTROFÍLICO (disposición para participar en reacciones

de 2 e-)

• REACCIONA MÁS RÁPIDAMENTE

• SE GENERA POR FOTO SENSIBILIZACIÓN POR LOS PIGMENTOS

NATURALES DE LOS ALIMENTOS.

OXÍGENO (8)

1s ↑↓ 2s ↑↓ 2px ↑↓ 2py ↑↓ 2pz __

4


Oxígeno triplete …

• DOS ELECTRONES DE LOS ORBITALES 2p ANTIENLAZANTES

TIENEN EL MISMO SPÍN, COLOCADOS EN DISTINTOS

ORBITALES.

• SIGUEN EL PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI.

• SU ENERGÍA ELECTROSTÁTICA REPULSIVA ES BAJA, MENOS

ELECTROFíLICO. (participa en reacciones monoelectrónicas con

radicales)

OXÍGENO (8)

1s ↑↓ 2s ↑↓ 2px ↑↓ 2py ↑↓ 2pz ↑_

5


Composición del orbital molecular …

Orbital molecular Duración (h)

2py 2pzFase

gaseosa

Fase

líquida

2. Estado

singulete (1Sg)7 -12 10-3

1. Estado

singulete (1Dg)3 x 10-3

10-4 - 10-3

b)

Estado

fundamental

6

(s1)2(s1)

2(s2)2(p)1(p)2

155 kj/mol

52 kj/mol


El oxigeno en singulete se cree que es la forma más

activa en el deterioro fotoxidativo

• RESPONSABLE DE LA INICIACIÓN

• POCO FACTIBLE EL ATAQUE DEL OXIGENO EN SU FORMA MÁS

ESTABLE (ESTADO DE TRIPLETE) SOBRE LOS DOBLES ENLACES,

YA QUE NO OBEDECE LA REGLA DE CONSERVACIÓN DEL SPIN.

• Los enlaces de C=C de los ROOH y RH (=estado singulete)

• O2 singulete, es la especie activa, responsable de la iniciación.

• Los electrones se orientan de dos formas diferentes.

• (Electrones desapareados del O2, pueden alinearse en forma paralela o

antiparalela.

7


El oxigeno en singulete se cree que es la forma más

activa en el deterioro fotoxidativo

• Momento angular dado por: 2S+1, S = spin total.

• El estado. Triplete (3 O2) por 2 (½ + ½)+ 1=3.

• Los 2 electrones tienen el mismo spin

• Colocados en distintos orbitales

• Energía electrostática repulsiva es baja.

• El estado. Singulete (1 O2) por 2 (½ - ½)+ 1=1

• Los electrones tienen spin opuesto

• Energía electrostática repulsiva es muy alta

8


Generación de oxígeno en singulete …• Se genera por diferentes vías.

• La mas Importante en alimentos: fotoxidación por pigmentos naturales.

• Se han propuesto dos posibles mecanismos; (depende de la estructura de

sensibilizador y de ácidos Grasos a ser oxidados)

• Tipo I:

Sensibilizador + Ac. graso + hv Intermediario-I (Sen-AG-activado)

Intermediario-I (Sen-AG-activado)+ 3O2 Sen-AG-activa)+ 1O2 (?)

Producto (Ac. graso oxidado) - + Sensibilizador

• Tipo II:

Sensibilizador + 3O2 + hv Intermediario-II (1O2)

Intermediario-II (1O2) + Ac. Graso

Producto (Ac. graso oxidado) + Sensibilizador

9


…singulete• En alimentos algunas substancias pueden actuar como

fotosensibilizador para producir 1O2 :

• Clorofila-a,

• Feofitina-a,

• Hemoglobina.

• Mecanismo alterno de producción de oxigeno singulete:hv

Sen Sen*Sen* + O2 Sen + 1O2

Triplete Singulete

• El 1O2 puede ahora reaccionar directamente con el ácido graso no

saturado mediante “cicloadición"

10

RHC CH

CH-R1

H

OO

RHC CH

O CH-R

O

H

1


Hidroperóxidos de la cicloadición (INICIACIÓN) …

ACIDO OLEICO

CH2-CH

2-CH CH CH-CH

2

HO

O

11 10 9 8 712

CH2-CH

2-CH-CH=CH-CH

2

O-OH

11 10 9 8 712 11 10 9 8 712

CH CH-CH2-CH

2

11 10 9 8 712

CH2-CH

H O

O

CH2-CH=CH-CH-CH

2-CH

2

O-OH

11

HIDROPEROXIDO 10 HIDROPEROXIDO 9


Mecanismo de la auto-oxidación del ácido oleico

-CH2-CH=CH-CH

2-

-CH2-CH=CH-CH- -CH

2-CH-CH=CH- -CH

2=CH-CH-CH

2- -CH-CH=CH-CH

2-

O2O

2O

2 O2

-CH2-CH=CH-CH- -CH

2-CH-CH=CH- -CH

2=CH-CH-CH

2- -CH-CH=CH-CH

2-

. . . .

. . .O-O O-O O-O O-O.

RH RHRH RH

R. R.R.R.

-CH2=CH-CH-CH

2- -CH-CH=CH-CH

2-

O-O O-O

-CH2-CH=CH-CH- -CH

2-CH-CH=CH-

O-O O-OH HH H

11 10 9 8

11 10 9 8 11 10 9 8 11 10 9 8 11 10 9 8

(I) (II)

(III) (IV)

(V) (VI)

HIDROPERÓXIDOS FORMADOS

- COOH 8 10 9 11

- C = C - 9 8 10 9

12


Cicloadición en el ácido linoleico

14

HIDROPEROXIDO 9 HIDROPEROXIDO 10 HIDROPEROXIDO 12 HIDROPEROXIDO 13


Auto-oxidación del ácido linoleico …

-CH=CH-CH2-CH=CH-RH

-CH=CH-CH-CH=CH-

.R.

-CH=CH-CH=CH- -CH=CH-CH=CH-CH--CH

-CH-CH=CH-CH=CH- -CH=CH-CH=CH-CH-

O2

O2

O O. OO.RH

R

RH

R.

(I)

(II) (III)

(IV) (V)

-CH-CH=CH-CH=CH-

O O

-CH=CH-CH=CH-CH-

OO

ROOROO. .

(VI) (VII)

13 12 10 9

13 12 10 911

1113 12 10 911

H H

.

. .

3 3

15

PEROXIDOS 13 Y 9


Monohidroperóxidos formados por la auto-oxidación (3O2) o la fotoxigenación

(1O2) de los ácidos grasos no saturados …

MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS

AUTO-OXIDACIÓN (3O2)

FOTO-OXIGENACIÓN (1O2)

Ácidos grasos

-OOH (%) -OOH (%)

8 29

9 23 9 50

10 20 10 50 Á. Oleíco

11 28

9 50 9 31

10 18

12 18 Á. Linoleíco

13 50 13 31

9 33 9 21

10 13

12 11 12 13

13 12 13 14

15 13

Á. Linolénico

16 44 16 25

17


MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS POR LA AUTOXIDACIÓN (

3 O2) O LA FOTOXIGENACIÓN (

1 O2) DE

LOS ÁCIDOS GRASOS NO SATURADOS

MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS

AUTOXIDACIÓN (3O2) FOTOXIGENACIÓN (

1O2)

Ácidos grasos

-OOH -C=C- (%) -OOH -C=C- (%)

8 9 29

9 10 23 9 10 50

10 8 20 10 8 50

Á. Oleíco

11 9 28

9 10, 12 50 9 10, 12 31

10 8, 12 18

12 9,13 18

Á. Linoleíco

13 9, 11 50 13 9, 11 31

9 10, 12, 15 33 9 ? 21

10 ? 13

12 9, 13, 15 11 12 ? 13

13 9, 11, 15 12 13 ? 14

15 ? 13

Á. Linolénico

16 9, 12, 14 44 16 ? 25


LÍPIDOSOxidación IIb

(Metales Pesados)

19


Metales pesados …• PROMOTORES DE AUTO-OXIDACIÓN

• EN ALIMENTOS Y GRASAS PRESENTES COMO TRAZAS

• ORIGEN: (Fe, Cu, Co, Mn)

• MATERIAS PRIMAS ALIMENTARIAS (ENZIMAS, METALO

PROTEÍNAS)

PROCESAMIENTO EXTRACCIÓN R-COO- Me+

• EQUIPOS DE PROCESO

• POR ABRASIÓN

• POR DISOLUCIÓN CON R-COOH

• CONCENTRACIONES CRITICAS, DEPENDE DE:

• TIPO DE METAL Y COMPOSICIÓN DE LÍPIDOS

20


Ejemplos …

• AC. DE GIRASOL O GERMEN DE MAÍZ

INSATURADOS)

• < 0.03 ppm Fe

• < 0.01 ppm Cu

• GRASAS CON ALTA RELACIÓN [AC.

ESTEARICO/OLEICO]

• < 5.00 ppm Cu ó Fe.

21


Acción de metales pesados sobre la auto-oxidación …

1. ACELERACIÓN DE LA DESCOMPOSICIÓN DE LOS

HIDROPEROXIDOS.

Mn+ + ROOH M(n+1)+ + RO.

+ OH-

M(n+1)+ + ROOH Mn+ + ROO.

+ H+

• M: Ion de metal pesado (Mn+, M(n+1)+)

• Se requiere de existencia de hidroperoxidos para su

descomposición a radicales.

22


… acción de metales pesados sobre la auto-oxidación

…

2. REACCIÓN DIRECTA CON EL SUSTRATO NO OXIDADO.

Mn+ + RH M(n-1)+ + H+ + R.

• Transcurre probablemente muy despacio.

• No parece que juegue ningún papel en para iniciar la autoxidación.

3. ACTIVACIÓN DEL OXIGENO MOLECULAR PARA DAR

OXIGENO SINGULETE Y RADICALES ÓXIDOS.

1O2

- e-

Mn+ + O2 M(n-1)+ + O2

-

+ H+

HO2

.

23


… descomposición de los hidroperóxidos del ácido linoleico por

metales pesados y compuestos hemo …

aKrel

pH 7 pH 5.5

Ion de metal pesado

Fe3+ 1 100

Fe2+ 14 1000

Cu2+ 0.2 1.5

Co3+ 6*102 1

Mn2+ 0 0

Compuesto hemo

Metahemoglobina 5*103 7.6*103

Citocromo C 2.6*103 3.9*103

Oxihemoglobina 1.2*103

Mioglobina 1.1*103

Catalasa 1

PEROXIDASA 1

24

a La constante de velocidad se obtuvo para la reacción en presencia de Fe3+ a pH 7

(Krel =1) del Hidroperoxido del ácido linoleico emulsionado en tampón a 23 °C

(aKrel es la constate de velocidad relativa)


… ruptura de hidroperóxidos por compuestos hemo(ina) mucho más rápida que

por iones metálicos …

• VELOCIDAD DE PEROXIDACIÓN DEL ÁCIDO LINOLEICO CATALIZADA

POR PEROXIDASA DE RÁBANO SILVESTRE TRATADA POR EL CALOR.

Alimentos

procesados

térmicamente !!!!

Tratamiento térmico

(2min / °C)

Peroxidación del ácido

linoleico

(mol O2/min)

Actividad

enzimatica, (%)

25 8.7 100

53 10.5 100

90 47.5 80

120 79.5 50

140 96.0 14

25

? {inhibición estérica}


… acción de metales pesados sobre la auto-oxidación

…

4. ACCION DE METALES EN METALOPROTEÍNAS: COMPUESTOS

• HEMO (Fe2+) (hemoglobina, mioglobina, citocromo C) y

• HEMINA (Fe3+) (Peroxidasa, catalasa).

Proteína hemo (H2O) + ROOH

Proteína hemo (ROOH)

H2O

Proteína hemo (H2O) + RO.

+ .OH

26

OH

Fe

ROOH ROO

OH2

OOR

Fe

RO

Fe

O.. .

OXY-HEME

RADICAL


Activación enzimática de oxígeno …• El oxígeno puede ser reducido enzimáticamente hasta agua con

formación de tres intermediarios que se diferencian notablemente

por su reactividad

O2

O2 H

2O

2

H2

-e e

H H2O

OH.

H

H2O

e e

e:electrón

.superoxido dismutasa

catalasa

+

+ +

27


Anión radical superóxido (O2) …

• Agente reductor cuyas propiedades químicas dependen del pH, conforme

con el equilibrio:

• A pH fisiológico existe como anión sin carácter de radical

• Actúa como agente nucleofílico (hidrólisis de fosfolípidos en membranas

celulares

• No produce peroxidación directa por sustracción de H metilénicos

• Carácter de radical solo a pH ácido donde prevalece como radical HO2

• Ion O2 es estable, reacción de dismutación lenta

28

O2 H

HO2

.(pKS : 4

.8 ) (solo bajo condiciones ácidas)- + +

-O22 H2 H

2O

2O

2

-H2O

2 relativamente inerte

++ +


Radical O2 producido por enzimas flavínicas (xantin oxidasa)

ADP-Fe3

NADPH NADP

ADP-Fe2 H

O2

[ ADP-Fe2 3

-O2

ADP-Fe -O2

. ]

Cit P-450

reductasa+

+

+ + +

+ +

29

RH + ADP-Fe3+ -- O2

. R

. + ADP-Fe2+ -- O2H

R .

+ O2 ROO .

ROO.

+ ADP-Fe2+ -- O2H ROOH + ADP-Fe3+ -- O2 .


Producción del radical superóxido (O2) por

autoxidación de tiol …

Fe3+ + RSH Fe2+ + RS.

+ H+

RSH + RS + O2 RSSR + H+ + -.

O2

Neutralización:

Fe3+ + O2-. Fe2+ + O2

30


H2O2 inerte en ausencia de metales pesados, Luz-UV, altas

Temperaturas …

• HO.

altamente reactivo: HO.

+ RH R + H2O

• Reacciona no selectivamente con todos los componentes

orgánicos de los alimentos

• Podría iniciar peroxidación lipídica

• REACCIÓN DE FENTON: importante para inicio de auto-

oxidación lipídica entre anión radical superóxido con H2O2

31

-O

2

2O

2

ADP-Fe

ADP-Fe

3HO

.

H2O

2

OH-

+

++

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