Modulo: Adattamenti cellulari

II PARTE

Riassunto

Tutto quello di cui abbiamo parlato bisogna inserirlo prima in un contesto fisiologico e poi

patologico. La fonte principale di produzione delle ROS sono i mitocondri, ma ci sono anche

altre sedi dove vengono sviluppate, abbiamo visto come nel passaggio degli elettroni lungo

la catena di trasporto degli elettroni dei mitocondri nella membrana interna c’è una perdita di

37

elettroni, per cui questi elettroni vengono associati all’ossigeno e l’ossigeno man mano ne

può legare fino a 4, e inizialmente viene convertito in anione superossido con forte potere

ossidante e sia nella membrana interna, nella matrice e nel citosol viene sequestrato

dall’azione della SOD (superossido dismutasi) sia manganese che rame-zinco, in stretta

dipendenza della localizzazione mitocondriale o intracellulare. La superossido dismutasi

dismuta l’anione superossido e lo converte in perossido d’idrogeno (specie non radicalica

con forte potere ossidante) e anche questo deve essere detossificato, per questo entrano in

gioco questi due enzimi: la glutatione perossidasi e la catalasi che convertono il perossido di

idrogeno in acqua, quindi neutralizzano completamente l’azione del perossido d’idrogeno.

Quindi la prima difesa che entra in gioco è una triade catalitica, di natura enzimatica

(superossido dismutasi, catalasi e glutatione perossidasi), che è la prima barriera

antiossidante utile per l’azione di detossificazione delle ROS.

La glutatione perossidasi

E’ una metalloproteina contenente selenio (cofattore), localizzata sia a livello della

membrana cellulare sia a livello extracellulare. Esistono due forme:

- Se - dipendente

- Se - indipendente

Fino ad oggi, sono state identificati negli umani otto differenti iso-forme di glutatione

perossidasi.

Essendo una rete enzimatica fondamentale, nello sportivo è quello di aumentare i livelli

dell’attività di questi enzimi e dell’espressione proteica. La glutatione perossidasi catalizza,

utilizzando il glutatione (GSH) come substrato e agente riducente, la riduzione di H2O2 ad

acqua. Il glutatione è un antiossidante che ha un ruolo cruciale ma è non di natura

enzimatica. In questa reazione il GSH nella forma inizialmente ridotta viene ossidato in

GSSG.

La maggioranza dei dati in letteratura concludono che l’attività di endurance (≥ 60 min/day)

promuovono incrementi nel range 20-177% dell’attività enzimatica della GPx in fibre

ossidative di tipo 1 e 2A

Catalasi

è un enzima presente principalmente nei perossisomi ma anche nella frazione citosolica

dove rimuove con efficienza H2O2

una molecola di catalasi può convertire 6 milioni di molecole di H2O2 in acqua e ossigeno al

minuto.

Tra le due la glutatione è quella che agisce prima per rimuovere la molecola di H2O2.

Quindi la glutatione perossidasi utilizza come cofattore il GSH, mentre la catalasi entra in

azione in maniera indipendente. 38

Triade catalitica rapidamente connessa, per cui l’uno dipende dall’altro. Perché se è

insufficiente l’attività della SOD la catalasi e la glutatione perossidasi fanno ben poco,

possono entrare in azione ma manca chi converte l’anione superossido in perossido di

idrogeno. Qualora avessimo un depauperamento di glutatione all’interno, la glutatione

perossidasi ha difficoltà ad entrare in azione, gli manca il substrato. È tutto connesso, infatti

si parla di barriera antiossidante perché entra in gioco in maniera sinergica, non ci sono

elementi indipendenti. Sono tutti dipendenti l’uno dall’altro (la triade).

Il perossido d’idrogeno è un potenziale substrato della reazione di Fenton. La

detossificazione del perossido di idrogeno è fondamentale perché è una specie ossidante

non radicalica. Le ROS in quantità elevata danneggiano proteine, lipidi e glucidi. Non solo il

perossido di idrogeno e l’anione superossido sono ossidanti, quindi in grado di aggredire le

fibre muscolari, ma compartecipano in altre reazioni che vanno a produrre il radicale

idrossilico, specie altamente tossica nella reazione di Fenton. L’attività fisica (endurance) è

in grado di aumentare i livelli di attività enzimatica di enzimi antiossidanti, specialmente nelle

fibre di tipo ossidativo e questo è un fenomeno importante, altrimenti lo sportivo

consumerebbe sé stesso da un punto di vista ossidativo. Appena noi consumiamo, con

l’attività fisica media, 10-15 volte l’ossigeno che consumiamo normalmente, nelle fibre

muscolari si consuma 200 volte più ossigeno rispetto alle altre cellule. Quindi abbiamo un

metabolismo molto ossidativo, di conseguenza il primo livello adattivo è l’espressione

dell’attività della glutatione perossidasi e degli altri enzimi antiossidanti.

Reazione di Fenton

E’ qualcosa che coinvolge lo

sportivo, avviene fisiologicamente

ma ancor di più avviene dopo e

durante l’esercizio fisico. Consiste

nel coinvolgimento dei metalli di

transizione, ha un carattere

generale, quando ci sono questi

metalli, in presenza di radicali liberi,

di specie reattive si forma questo

radicale idrossilico (OH-), che è la

specie più potente che il nostro

organismo genera, altamente

tossico. Ha un'emivita di 10 alla -9

secondi (0,000000009) un'emivita

bassissima, ma è altamento tossico

e quando viene generato subito

genera substrati. Se ci sono metalli di transizione, che sono nella fibra muscolare, nel

sangue, nei liquidi interstiziali, e nell’uomo il metallo di transizione è il ferro.

Nelle fibre muscolari e nel nostro organismo generiamo ROS, c’è una barriera detossificante

che entra in gioco perché le ROS ossidano substrati, ma entrano in gioco reazioni

secondarie con il ferro assolutamente dannose per la nostra salute, perché la reazione di

anione superossido con perossido d’idrogeno con il ferro determina la produzione del

radicale idrossilico con elevato potere ossidante. Questa reazione avviene nel sangue e

nelle fibre muscolari, e in tutti i nostri distretti perché il ferro è ovunque ma ci sono zone in

cui il ferro aumenta. 39

-

L’anione superossido(O2 ) va a interagire con ione ferrico Fe3+ e l’elettrone ha carica

negativa, quando riceve un elettrone dall’anione superossido e diventa ione ferroso Fe2+ e

l’ossigeno viene neutralizzato, da ione ferrico passa a ione ferroso, ma l’anione superossido

va quindi a produrre uno ione ferroso che entra nella reazione di Fenton. L’azione

dell’anione superossido è quella di andare a produrre ione ferroso (Fe2+) che reagisce con il

perossido d’idrogeno (H2O2), e se l’azione della catalasi, della glutatione perossidasi

scema, avviene la reazione di Fenton e alla fine viene prodotto il radicale idrossilico (OH)

che si può formare anche se mettiamo insieme l’anione superossido e il perossido

d’idrogeno , che interagiscono e formano radicale idrossilico che è altamente tossico.

Tra le ROS quella più tossica è l’OH, che si forma come abbiamo detto prima, questa

reazione è importante perché avviene anche nel sangue.

Questa reazione con il ferro nello stato di ossidazione particolare avviene con qualsiasi

perossido organico.

Perossido organico

Il perossido ( ha 2 molecole di ossigeno) organico (molecola con il carbonio), R vuol dire

qualsiasi substrato organico (ROOH) che reagisce con il ferro, il radicale alcossilico (ha solo

un ossigeno OH) mentre quello perossilico ha due ossigeno (OOH)

L’altra importante reazione coinvolge l’ossido nitrico (NO)

Quando siamo in condizioni di stress ossidativo, e le specie reattive vengono prodotte in

maniera importante, un'altra reazione produce perossinitrito. La reazione dell’ossido nitrico

(la sua emivita è brevissima di circa 4 secondi) con l’anione superossido porta a questa

formazione. Quindi l’anione superossido se non è prontamente detossificato produce

perossido d’idrogeno che partecipano alla reazione di Fenton e produce OH, l’anione

superossido può anche partecipare, in condizioni di stress ossidativo, anche all’interazione

con l’ossido nitrico, e produce perossinitrito che quando viene prodotto va a neutralizzare

tutte le molecole. Il senso di fatica dipende da accumulo di fosfato, acidosi, ma anche dal

fatto che abbiamo prodotto queste molecole. 40

Esercizio di endurance (maratona)

Il maratoneta va incontro all’anemia dello sportivo, anche se è ben allenato, ci sono

comunque sportivi di élite che affrontano attività fisica estremamente pesante per cui

andiamo in una fascia che riguarda attività fisica che risulta anche dannosa allo sportivo

perché i livelli adattativi dell’organismo sono superati, la barriera antiossidante non è più in

grado di sostenere al meglio. Quindi sicuramente gli atleti hanno una serie di livelli adattativi

che non ha un’altra persona che non fa attività, ma durante una gara o competizioni estreme

comunque ci sono dei danni. La prima cosa che si ha è la produzione di cataboliti acidi

(acidosi), nel sangue il Ph si abbassa, si va in acidosi perché abbiamo un accumulo di

prodotti di scarto da tutti i tessuti ma in maggior parte dal tessuto muscolare che lavora in

maniera estrema, quindi tutti i cataboliti vanno nel sangue che abbassano il Ph e si va in

acidosi. Questa condizione è molto dannosa, perché nel sangue ci sono gli eritrociti (globuli

rossi) e questa condizione determina l’emolisi cioè la rottura di questi. Ma l’emolisi determina

la liberazione di emoglobina, quindi: si rompono i globuli rossi, l’emoglobina viene rilasciata

nel sangue e l’emoglobina ha il ferro che si lega all’ossigeno. Quindi abbiamo un

riversamento di emoglobina nel sangue, poi abbiamo altre proteine che legano il ferro (la

transferrina), e il ferro è meglio che sia legato alle proteine. In una condizione di questo tipo,

del maratoneta, succede che andiamo in sideremia, ovvero rottura dei globuli rossi

(emolisi). I cataboliti acidi vanno nel sangue, si abbassa il pH e questo determina il rilascio

del ferro dall'emoglobina e dalla transferrina. Il 70% del ferro è contenuto nell’emoglobina,

un'elevata concentrazione di ferro viene rilasciata perché l’emoglobina che si trova in un

ambiente acido non riesce a tenere il legame con il ferro e viene rilasciato e, sappiamo che i

metalli di transizione liberi producono radicale idrossilico (reazione di Fenton). Quindi il

maratoneta va incontro a queste problematiche. Tutto questo determina danni alle molecole

e agli endoteli dei vasi sanguigni, perch&eac