Biochimica

OSSIDAZIONE EXTRA-MITOCONDRIALE DEGLI ACIDI GRASSI

La maggior parte degli acidi grassi presenti nel nostro organismo e destinati al metabolismo ossidativo subiscono il processo della beta-ossidazione mitocondriale. Abbiamo però a che fare con una classe eterogenea di composti; perciò, ci saranno alcuni casi particolari di ossidazione degli acidi grassi in altri distretti cellulari, come nei perossisomi e nel reticolo endoplasmico. Questi sono processi connessi con la beta-ossidazione mitocondriale: l'ossidazione di un acido grasso può iniziare nel perossisoma per poi proseguire nel mitocondrio. Intervengono principalmente i perossisomi ma anche il reticolo endoplasmatico. Si tratta sempre di ossidazione enzimatica che provvede a rendere le catene abbastanza corte affinché possano essere portate nel mitocondrio.

Perossisomi: Organelli particolari in cui avvengono anche altre reazioni con produzione di acqua ossigenata, pericolosa per l'organismo.

neutralizzata dagli enzimi àperossisomiali (catalasi). Nei perossisomi gli acidi grassi possono andare incontro ad alfa, beta o delta ossidazione

Beta-ossidazione: a carico di acidi grassi a catena molto lunga-CoA, 4 tappe come nel mitocondrio:

1. Deidrogenazione (catalizzata però da un enzima con un'azione diversa dalla flavoproteina mitocondriale: acilCoA ossidasi): la flavoproteina trasferisce gli e all'O2 con formazione di H2O2 che viene scissa dalla catalasi: H2O2 → H2O + O2
2. Aggiunta di una molecola d'acqua al doppio legame
3. Ossidazione del beta-idrossiacil-CoA a chetone
4. Scissione tiolitica (CoA) di una tiolasi che funziona solo con C>8, quindi poi va nei mitocondri per completare l'ossidazione.

Trasferimento dal perossisoma al mitocondrio: nei perossisomi sono presenti la carnitina e una isoforma della carnitina acetiltransferasi, in grado di trasferire la catena acilica dall'Acil-CoA alla carnitina.

Nei perossisomi si forma

quindi un complesso tra la carnitina e gli acili con 8 o meno atomi di carbonio, che può diffondere liberamente attraverso le membrane dei perossisomi ed arrivare nei mitocondri per un'ulteriore ossidazione, grazie a un trasportatore presente sulla membrana mitocondriale interna. Alfa-ossidazione: a carico di acidi grassi ramificati (la catena presenta legami con gruppi CH3 invece che con H), che troviamo principalmente in latticini e grasso di ruminanti e di alcuni pesci, + acido fitanico (deriva dall'ossidazione del fitolo, componente della clorofilla, presente in tutti i vegetali che mangiamo, viene sintetizzato da batteri del rumine e alcuni micorrganismi acquatici) e acido pristanico (deriva dall'alfa-ossidazione del fitanico o dalla dieta)^1. La fitanoil-CoA sintetasi trasforma l'acido fitanico in fitanoil-CoA (ATP dipendente) (è necessario che la catenasi esterificata all'CoA^2. La fitanoil-CoA idrossilasi ha Fe (metallo di transizione che

cambia rapidamente il suo stato di ossidazione), chetoglutarato e ascorbato (anche lui cambia velocemente stato di ossidazione – vitamina C) come cofattorie rilascia solo un elemento monocarbonioso, trasformando il fitanoil-CoA in α-idrossifitanoil-CoA³. Grazie all’α-idrossifitanoil-CoA liasi l’elemento monocarbonioso si stacca come acido formico (che potrà poi essere trasformato in anidride carbonica) + pristanale+⁴. Aldeide deidrogenasi NAD(P) dipendente trasforma pristanale in acido pristanico⁵. L’acido pristanico può andare incontro a normale beta-ossidazione mitocondriale.

Malattia di Refsum: difetto genico di fitanoil-CoA desaturasi che comporta gravi problemi neurologici (cecità esordità) i pazienti devono osservare una dieta priva di clorofilla, carne e latticini.

Omega-ossidazione: a livello del reticolo endoplasmatico, soprattutto in fegato (organo con + ricchezza enzimatica) e rene. Substrati preferenziali =

acidi grassi C10-C12. Via alternativa poco attiva tranne quando la beta-ossidazionemitocondriale funziona male (malnutrizione, deficit di carnitina ecc.). Catalizzata da monoossigenasi o ossidasi(ossigenasi) a funzione mista, capaci di ossidare contemporaneamente 2 substrati: AH + BH A-OH + B + H Oà2 2Adipato/acido adipico = acido bicarbossilico a catena + lunga del succinato (NON LA CHIEDERANNO MAI)

STRESS OSSIDATIVO E PEROSSIDAZIONE LIPIDICA

Tra tutte le nostre molecole, gli acidi grassi insaturi sono i + suscettibili allo stress ossidativo. La formazione di ROS eRNS, se nei giusti limiti, è fondamentale per il nostro organismo – è quando si rompe l’equilibrio che si creano i danni.

• Bilancio ossidativo = stato dell’equilibrio tra i fattori pro-ossidanti (specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto,ROS e RNS) e quelli antiossidanti
• Stress ossidativo = condizione in cui la produzione di pro-ossidanti supera la capacità

delle difese antiossidanti- ↑ [ROS e RNS] e/o ↓ [antiox] – per cui si innesca una serie di reazioni degradative di autossidazione/perossidazione69(chiamate così per distinguerle dalle reazioni metaboliche di ossidazione) non più biochimiche perché catalizzate daenzimi e compatibili con la vita, bensì vere e proprie reazioni chimiche che procedono in modo incontrollato portandoalla formazione di prodotti citotossici. Si ha quindi la degradazione delle biomolecole (PUFA, monosaccaridi,amminoacidi e acidi nucleici) attraverso reazioni di auto-ossidazione (perossidazione) promosse da ROS e/o RNS.

Radicale libero: molecola o frammento di molecola con uno/+ elettroni spaiati nell’orbitale esterno che si forma inseguito all’acquisizione/perdita di un elettrone o alla scissione omolitica di un legame covalente con suddivisionesimmetrica degli elettroni. I radicali liberi possono essere anionici (anione superossido), cationici o neutri (ossidonitrico).

La reazione può essere innescata dalla luce (rischi legati da esposizioni troppo lunghe al sole) o da particolari condizioni di temperatura e si formano specie radicaliche in particolare quando varia la tensione parziale di ossigeno (ischemia/riperfusione), per carenza di vitamine antiossidanti nell'invecchiamento, in stati infiammatori acuti e cronici ecc. I radicali liberi possono danneggiare le membrane e alterare l'omeostasi redox delle cellule. Noi siamo comunque esseri aerobi, che con l'evoluzione hanno imparato a coesistere con l'ossigeno nonostante sia appunto un forte ossidante; iniziamo comunque ad ossidarci e quindi ad invecchiare dal primo giorno in cui nasciamo. E più invecchiamo, più è probabile produrre radicali liberi perché il metabolismo inizia a perdere i colpi. La cellula contiene numerosi sistemi redox: - NAD, NADP, riboflavine - Lattato/piruvato - GSSG/GSH - Acido ascorbico/acido

deidroascorbico

La modifica dello stato redox di queste molecole avviene attraverso enzimi che catalizzano il trasferimento di un'elettrone. Lo stato redox è quindi determinato sia dalla concentrazione che dalla frazione relativa di coenzima e substrati ossidati e ridotti.

Stress ossidativo:

Un radicale libero può trasferire gli elettroni in eccesso a catecolo-, chinone, nitro- o azocomposti che, a loro volta, possono reagire nuovamente con O2, formando il radicale anione superossido O2- e rigenerando il composto originario, pronto ad accettare nuovi elettroni. Attraverso questo redox cycling una molecola di xenobiotico può quindi generare molte molecole di radicale superossido. Da O2- derivano specie radicaliche ancora più reattive, i ROS (H2O2, OH., O2-), con reazione favorite dai metalli di transizione. I gruppi più reattivi sono gli -SH delle cisteine, spesso presenti nei siti attivi. La formazione di ROS avviene in diversi siti della cellula:

Mitocondri: qui gli elettroni sono trasportati lungo la catena respiratorio dai citocromi e la riduzione finaledell'ossigeno genera acqua ossigenata e radicali Perossisomi: sono organuli adibiti alla β-ossidazione degli acidi grassi, che producono acqua ossigenata REL: il sistema delle monossigenasi CTP450-dipendenti nel corso delle reazioni di biotrasformazione deglixenobiotici interviene in una parziale riduzione dell'ossigeno molecolare con conseguente formazione diradicali In seguito all'azione catalitica di alcuni enzimi come la xantina ossidasi e la ciclossigenasiLe aldeidi (C=O) che derivano dalla perossidazione dei lipidi sono molto reattive: possono legarsi spontaneamente aigruppi amminici liberi (-NH ) delle proteine e dei fosfolipidi, danneggiando irreversibilmente queste molecole. Lipidi: Costituiti principalmente da acidi grassi, più uno è insaturo, più è facilmente ossidabile. L'ossidazione degliacidi grassi polinsaturi può avvenire dovunque nel nostro organismo, anche nello stomaco durante la digestione, negli alimenti (es. oli di semi), durante la cottura degli alimenti (es. se usiamo olio di semi per friggere una gran parte verrà perossidata. Il numero di perossidi nell'olio indica la sua qualità - se l'arrosto diventa troppo scuro oltre alla perossidazione si ha anche polimerizzazione e formazione di sostanze cancerogene). Se mangiamo troppi lipidi insaturi assorbiremo anche tanti perossidi. Un acido grasso può andare incontro ad ossidazione non enzimatica per vari motivi (es. luce, temperatura ecc.), soprattutto a livello delle lipoproteine di membrana e degli acidi grassi circolanti nel sangue (lipoproteine). Se si ossidano possono portare il danno all'interno della cellula. Il radicale libero si riduce prendendo un elettrone libero al livello del doppio legame dell'acido grasso, che si ossida.

riarrangiamento molecola perché conformazione non è stabile formazione dieni coniugati = radicali liberi lipidici che si trovano vicino ad altri acidi grassi polinsaturi che possono ossidare facilmente propagazione reazione in tutti gli acidi grassi vicini, se inoltre aggiunge O diventa un perossido lipidico – prodotto tutto sommato abbastanza stabile, tranne quando incontra un metallo di transizione (es.Fe, Cu…) che lo ritrasforma in radicale.

70Acido arachidonico a 20C con 4 doppi legami, omega 6, più rappresentato sulle membrane biologiche con ruoli importanti nell’organismo proprio perché è facilmente ossidabile se l’ossidazione è enzimatica, i prodotti sono essenziali, se non è enzimatica si frammenti in una miriade di composti, tra cui tanti frammenti a 2-3C con gruppo carbonilico = aldeidi e chetoni, tutti citotossici. Queste aldeidi sono pericolose perché piccole e con gruppi

carboniliciche si legano spontaneamente a