Appunti Biochimica delle trasformazioni alimentari

RADICALI LIBERI E STRESS OSSIDATIVO

I radicali liberi sono una specie instabile e quindi come tutte le specie instabili sono estremamente reattivi in quanto vogliono raggiungere la stabilità. Le fonti che originano ROS (radicali ottenuti dall'ossidazione dell'ossigeno) sono molte: luce ultravioletta, radiazioni ionizzanti, aspetti ambientali, consumo di fumo e particolari composti, inquinamento atmosferico, ma oltre a questi si aggiunge la loro produzione da parte di alcune cellule (prodotte per mandare segnale). Infatti, quando si ha un forte eccesso si devono avere le difese naturali della cellula oppure una serie di composti che servono a neutralizzare queste specie radicali che. La produzione condiziona lo stress ossidativo. Quando la presenza cellulare di queste specie è elevata, in condizioni ottimali, una quantità di esse viene degradata; quindi, si è in una sorta di equilibrio in cui la quantità netta di queste specie ossidanti è

Pari a zero (in quanto un quantitativo ne vengono prodotte, si ha poi un turnover di consumo che è uguale alla quantità prodotta). Si ha solo quel periodo che è ottimale per la loro funzionalità esterna e in questa condizione ottimale la cellula non è in condizioni di stress ossidativo (ed è una condizione a cui si si vuole avvicinare il più possibile).

La misura dello stress ossidativo a cui è sottoposta una cellula, dipende dalla quantità con cui vengono prodotte e dalla velocità con cui viene neutralizzata. Una cellula è sempre nelle condizioni di stress ossidativo ma la cosa fondamentale da dover considerare è non avere una condizione eccessiva di stress ossidativo.

Lo stress ossidativo è monitorato e significa eccesso di specie ossidanti: se presenti in forte eccesso reagiscono con DNA, proteine, acidi grassi insaturi presenti nelle membrane e il danneggiamento non funzionalità di queste.

Il ragionamento vale per il radicale superossido dove partendo da 2 ossigeni legati si può arrivare al radicale superossido, a seguito della perdita di un elettrone di legame (condizione di elettrone spaiato). Nel caso invece del perossido (acqua ossigenata), lo ione perossido non è un radicale in quanto nessuno ha rubato l'elettrone e quindi ognuno ha un atomo di elettrone e, facendo la somma globale quando si dissocia, ha sempre 8 elettroni.

Le specie reattive sono radicale superossido e radicale idrossile. Si hanno specie estremamente reattive che vengono considerate come potenzialmente dannose in quanto possono ossidare composti e macromolecole ma che non sono radicaliche: acqua ossigenata (perossido di idrogeno) o perossidi organici. Queste generano lo ione perossido che viene considerato tra i ROS (in quanto in grado di ossidare) ma non è così reattivo come i radicali.

Queste specie radicaliche vengono prodotte nella reazione di Fenton con ferro: la prima

La reazione è quella del ferro che viene ossidato con l'acqua ossigenata (prodotta in particolari condizioni) con la produzione di ferro +3, OH- e il radicale idrossile; oppure si può formare il radicale superossido con l'ossidazione del ferro +2 a ferro +3.

La stessa cosa può anche essere fatta con il rame (presente nelle proteine): La prima fonte di questi radicali è l'ossidazione di alcuni metalli, tra cui rame e ferro: queste reazioni sono tutte reazioni non enzimatiche ma sono reazioni chimiche (il ferro può essere ossidato da ossigeno o acqua ossigenata).

Ma si può avere anche una condizione in cui il ferro viene ridotto: le specie radicaliche si formano anche nella riossidazione del FADH nel ciclo catalitico delle ossidasi flaviniche: quindi, l'ossidazione del FADH ad opera dell'ossigeno può comportare la produzione di acqua ossigenata o può essere una reazione a step con la specie di radicali.

Un'ultima produzione di ROS è legata alle radiazioni ionizzanti in cui si ha la rottura omolitica dell'acqua ed ecco perché le radiazioni luminose sono dannose. Quindi le molecole reattive ottenute a seguito di reazioni di ossidazione sono:

Ma i radicali possono anche essere specie ossidanti non radicaliche:

Queste specie possono derivare da composti reattivi con l'azoto che vengono definite come RNS e avvengono normalmente con una serie di composti.

Ruolo fisiologico e produzione ROS

Queste specie radicaliche vengono normalmente prodotte dalle cellule in quanto hanno un ruolo fisiologico (quindi la cellula possiede già tutto il metabolismo per poterlo neutralizzare; il problema è quando si ha un eccesso): vengono prodotte nel mitocondrio in quanto servono ad esso per mandare dei segnali cellulari (per comunicare, per avviare un certo processo). Vengono inoltre prodotte per regolare l'apoptosi (morte programmata di una cellula; tutte le cellule.

riossidazione del FAD. Ulteriore fonte sta sempre all'interno del ciclo di Krebs, dove si hanno succinato e fumarato grazie ad un enzima flavinico, in quanto esso produce specie radicaliche. Esse vengono prodotte anche a livello del complesso 1 attraverso l'ossidazione del cofattore NADH. Quindi durante il ciclo metabolico, il mitocondrio può utilizzare queste specie radicaliche.

La fonte principale è la riossidazione del FAD: I ROS vengono anche prodotti dalle cellule specializzate del sistema immunitario per difesa: in questo caso la cellula a livello della membrana produce dei ROS verso l'esterno in quanto vuole difendersi da una cellula estranea (ad esempio batterica): si ha il complesso del complesso NADPH ossidasi dove si ha l'intervento di molte proteine. Arrivano quindi segnali di trascrizione che sono normalmente presenti nel citoplasma e a un certo punto le proteine si associano con il NADPH, comportando una modifica e la successiva associazione.

Servono ad attivare il complesso della NADPH ossidasi: dove contemporaneamente si ha l'ossidazione del NADPH e la riduzione di ossigeno a dare specie radicaliche. Se ne hanno tante con diverse forme e nell'esempio in figura si ha una NADPH ossidasi controllata dall'associazione di proteine presenti nel citoplasma (a seguito di arrivo di un segnale). Si hanno in realtà anche altri casi dove la NADPH ossidasi ha attaccato nella parte citoplasmatica (quindi parte integrante del complesso) una proteina, che è flavino-dipendente. Questa viene associata a seguito di un segnale con un dominio di calcio (proteina attivata a seguito dell'interazione con il calcio).

Tali complessi di controllo e produzione dei ROS non sono affatto banali. Alcuni hanno il complesso NADPH associato ad una proteina con un dominio perossidasico e sono quindi enzimi complessi e sono estremamente controllati.

L'obiettivo è produrre radicali verso l'esterno (nel caso del...

Il mitocondrio è coinvolto nel rilascio citoplasmatico, in quanto è responsabile del rilascio di segnali. Tuttavia, in alcuni casi, può svolgere anche una funzione di difesa.

Inoltre, i ROS (specie reattive dell'ossigeno) vengono prodotti non solo nel mitocondrio o nella membrana di alcune cellule, ma anche da organelli come il sistema citocromo P450, oppure da enzimi presenti nel citoplasma in risposta a situazioni fisiologiche.

La produzione di ROS avviene normalmente in condizioni fisiologiche, senza un'eccessiva comparsa. I meccanismi di neutralizzazione funzionano correttamente quando non vi è stress ossidativo. Tuttavia, se i meccanismi di neutralizzazione sono più lenti o non funzionano correttamente, e se la quantità prodotta è maggiore (in condizioni particolari), si verifica un'elevata produzione di queste specie e, di conseguenza, la cellula si trova in uno stato di stress ossidativo che non è ottimale per la sua vita e sviluppo.

In quest'ultimo caso si cerca di intervenire (si hanno anche sensori che danno segnali circa l'elevato stress ossidativo).

Altri produttori di stress sono anche gli enzimi, come le ossidasi flaviniche:

• Xantino-ossidasi: enzima di membrana che produce acqua ossigenata oltre alle specie radicaliche; è importante nella conversione dell'acido urico delle purine: AMP che con acido urico permette la produzione di acqua ossigenata (ed è quindi un enzima usato anche come blando antimicrobico);
• D-amminoacido ossidasi: enzima che ossida i D-amminoacidi (sono prodotti in condizioni particolari in quanto a livello di cervello devono avere una risposta). In caso di schizofrenia è stato visto che si ha una produzione anomala di D-amminoacidi che derivano dai microrganismi (la loro ricerca è usata come parametro per verificare negli alimenti se in partenza si ha una elevata carica microbica; viene fatto per gli alimenti della prima infanzia). Vengono usati come

Mediatori nel cervello e vengono prodotti dal microbioma, infatti, da studi sta venendo sempre più fuori la connessione tra microbioma e cervello.