Biochimica degli alimenti e della nutrizione, parte 2: dallo stress ossidativo alle tossine

RETINOLO, VITAMINA A

I precursori del retinolo sono i caroteni. Anche esso è solubile in ambiente lipidico. Gli antiossidanti

lipidici possono muoversi all’interno della membrana, possono agire all’interno della membrana o

sulla sua superficie (a livello di tutte le membrane: cellulare, mitocondriale, etc).

Tra i caroteni, l’ASTAXANTINA è presente nelle alghe rosse, si trova nei gamberetti e nel salmone,

per questo questi organismi hanno una colorazione rosata. L’astaxantina ha una lunga catena alifatica

e 2 gruppi carichi, si differenzia dai carotenoidi per le 2 estremità; questo fa sì che questa molecola

si possa mettere lungo tutta la membrana: posso così agire da antiossidante sia interno che esterno.

ACIDO LIPOICO

È un cofattore della piruvato deidrogenasi: enzima importante in quanto primo attore del ciclo di

Krebs (trasformazione del piruvato in acetil-CoA).

L'acido lipoico è un cofattore dei numerosi enzimi che intervengono nella decarbossilazione

ossidativa del piruvato e di altri chetoacidi, in tali reazioni l'acido lipoico è continuamente rigenerato.

L'acido lipoico può andare incontro sia a reazioni di ossidoriduzione, come fungere da trasportatore

di elettroni, o di altri gruppi acetilici. È una molecola piccola ed altamente assorbibile attraverso la

membrana cellulare; è sia liposolubile che idrosolubile, svolgendo la sua azione antiossidante

all'interno e a all'esterno della cellula. L'acido lipoico partecipa a diversi meccanismi antiossidativi

quali la rigenerazione del glutatione ridotto (GSH) e dell'acido ascorbico. La vitamina C così in forma

ridotta è in grado di riattivare la forma ossidata della vitamina E (cromanossil radicale) riducendola a

tocoferolo (vitamina E attiva). © Laila Pansera - 18

SEMICHINONE, COENZIMA Q

È un antiossidante naturale presente nella catena di trasporto degli elettroni.

A questo punto chi rigenera questi composti antiossidanti? Per rigenerare tutti questi composti

esiste un’auto-rigenerazione, ossia i vari antiossidanti interagiscono tra di loro per rigenerarsi.

La vitamina E ossidata viene rigenerata dalla vitamina C, che da acido ascorbico diventa

deidroascorbico (forma ossidata), mentre la vitamina E è stata ridotta. A sua volta l’acido

deidroascorbico viene rigenerato attraverso un’ossidazione dell’acido lipoico, che si ossida a sua

volta. L’acido lipoico che è stato ossidato viene ridotto a sua volta attraverso un sistema enzimatico

mediato dal glutatione. Il glutatione ridotto quindi torna ad essere ossidato, che poi si rigenera come

visto prima.

Un altro sistema utilizzato per ridurre la vitamina E è quello in cui si utilizza il coenzima Q, che arriva

dalla catena di trasporto degli elettroni. Il coenzima Q ridotto si ossida e riduce la vitamina E. La

rigenerazione del coenzima Q arriva via succinato (catena di trasporto degli elettroni).

Ecco perché devo supplementare con questi composti, ma attenzione perché potrei averne in

esubero e accumularli.

L’acido ascorbico ha un comportamento bizzarro: ha anche un effetto antiossidante perché è un

chelante di alcuni metalli: Fe, Cu, infatti il suo classico utilizzo è per evitare l’imbrunimento

© Laila Pansera - 19

enzimatico. Tuttavia esso ha un effetto negativo come antiossidante, perché può ridurre anche il

ferro a Fe , che a sua volta produce radicali; in questo caso ha un’azione pro-ossidante (reazione di

2+

Fenton: il reattivo di Fenton, costituito da ioni Fe e da perossido di idrogeno H O , costituisce una

2+ 2 2

fonte di radicali OH· ad alto potenziale ossidante).

POLIFENOLI

Anche i polifenoli agiscono come antiossidanti. Essi sono delle molecole, circa 5000 (famiglia

enorme). Sono composti organici, naturali, largamente presenti nel regno vegetale e spesso sono il

prodotto del metabolismo secondario dei vegetali; in alcuni casi possono essere seminaturali o

sintetici. Sono caratterizzati, come indica il nome, dalla presenza di molteplici gruppi fenolici associati

in strutture più o meno complesse generalmente di alto peso molecolare. Il numero e le

caratteristiche di tali strutture fenoliche sottolineano le uniche proprietà fisiche, chimiche, e

biologiche. Quindi si ha una struttura principale, che può essere modificata, ad esempio posso

aggiungere gruppi OH o zuccheri.

I polifenoli sono antiossidanti naturali presenti nelle piante (molecole polifenoliche tipo bioflavonoidi

noti come procianidine, proantocianidine, leucoantocianidine, piconogenoli, tannini, ecc.) e possono

risultare utili nella prevenzione dell'ossidazione delle lipoproteine e nel reagire con i radicali liberi.

I polifenoli sono antiossidanti perché possono chelare metalli quali Fe e Cu; inoltre sono dei

composti con gruppi OH vicino agli anelli, quindi che possono essere facilmente ossidati. Quindi

possono ossidarsi reagendo con i ROS in alternativa agli altri bersagli dei ROS (proteine, DNA, lipidi).

Tuttavia un aspetto importante di questi polifenoli è rappresentato dalla quantità che viene assorbita:

le percentuali di assorbimento sono bassissime (0,1% di quello che mangio). Quindi in una porzione

normale assorbo pochissimi polifenoli. Effetti positivi dei polifenoli dei frutti rossi ad esempio, sono

dati dall’assunzione di 300 g/die di frutti rossi.

Il target infatti si sta spostando non su quanto assorbo di polifenoli, ma sul microbiota, perché i

polifenoli hanno un effetto nel selezionare il tipo di microrganismi del microbiota verso i

microrganismi positivi, con conseguenti possibili benefici sull’uomo.

OGM

Come le metodologie biomolecolari vengono traslate da un punto di vista pratico, sia a scopi di studi

di base funzionali (capire come è fatta una molecola su un organismo), oppure da un punto di vista

analitico.

Le macromolecole informazionali sono polimeri biologici la cui sintesi richiede un’informazione; per

sintetizzare un filamento di DNA occorre un’informazione, che si trova sul filamento che non viene

duplicato (la replicazione è semiconservativa). Per sintetizzare una molecola di mRNA occorre

© Laila Pansera - 20

un’informazione che si trova sul DNA; questa informazione a sua volta serve per la sintesi di una

proteina.

Il fatto che occorra un’informazione per la sintesi di una molecola ci dà anche l’idea di quello che è

il potenziale che possiamo sfruttare, perché l’informazione è unica. Quando manipolo un gene quindi

sono sicuro che sto manipolando un’informazione precisa.

Il grado di complessità e di informazione che possiamo ottenere parte dall’insieme delle informazioni

che stanno sul DNA e quindi dalle discipline genomiche. Questo è il primo livello di informazione.

Analizzare il genoma ha dei vantaggi e degli svantaggi. Il grosso vantaggio dell’analisi di un genoma

quando ci occupiamo di un organismo è il fatto che tutte le cellule e i tessuti dell’organismo

contengono lo stesso tipo di DNA, quindi qualunque sia la cellula che si analizza, sappiamo che

abbiamo un solo tipo di genoma.

Il secondo livello di studio di un sistema biologico è il livello trascrittomico: studio di tutti i sistemi

trascritti in un tessuto in un determinato momento, come una sorta di fotografia, che mostra come

la cellula sta vivendo. Siccome un organismo è formato da tanti organi, il trascrittoma è specifico per

un dato tessuto e un dato momento. Il trascrittoma è un sistema fluttuante nel tempo, e non ha

valenza analitica quando si parla di alimenti.

Al terzo livello c’è l’informazione portata dall’intero complesso di proteine presenti in un certo

momento in un certo tessuto. Anche il proteoma varia, perché è la diretta espressione del

trascrittoma. Inoltre le proteine, non solo hanno una determinata struttura primaria, ma anche

un’attività biologica, ad esempio sono enzimi, quindi operano delle trasformazioni. Quindi abbiamo

un ulteriore livello: studiare quello che le proteine fanno a un determinato tempo in un determinato

tessuto, quindi ricavo informazioni dell’attività metabolica della cellula. Parlo di metaboloma.

Quindi abbiamo: genoma trascrittoma proteoma metaboloma.

→ → →

Sono tutte metodologie che non studiano una sola molecola per volta, ma un insieme di molecole

contemporaneamente. Le metodologie che stanno alla base hanno avuto necessità nel tempo di

essere sviluppate, a pari passo con gli sviluppi tecnologici analitici.

Il DNA è unico in tutti gli organismi, per questo si presta per certi tipi di analisi. Es. se voglio

determinare la composizione di un alimento complesso, posso risalire a tutti gli ingredienti attraverso

l’analisi del DNA. Questo non è del tutto vero, perché non tutti gli ingredienti hanno il DNA (es.

zuccheri).

Un caso è stato quello della polpetta dell’Ikea, in cui si è scoperto che conteneva carne di cavallo,

non riportata in etichetta.

Un altro caso è quello degli OGM, che hanno subito una modificazione del DNA permanente. Gli

OGM si fanno per alterare il fenotipo di un organismo; per alterare il fenotipo di un organismo

© Laila Pansera - 21

possiamo introdurre un gene che codifica per una proteina la cui attività altera il fenotipo, quindi fa

qualcosa che normalmente non farebbe, es. resiste a un germicida, oppure ha caratteristiche

nutrizionali migliorate.

Per modificare il fenotipo occorre che il gene che codifica per la proteina funzioni all’interno

dell’organismo. Il DNA è simile per tutti gli organismi per quanto riguarda le sue caratteristiche

generali: struttura formata da 4 basi, il gene per codificare per una proteina deve essere reso

funzionante a livello di un organismo. I geni quindi sono abbastanza universali, quello che è diverso

sono gli elementi che controllano l’espressione del gene, che stanno sia a monte che a valle del gene.

Gli elementi di controllo sono delle sequenze di DNA che vengono riconosciute dalle proteine delle

cellule e rispondono a degli stimoli, e determinano l’espressione tissutale di una determinata

proteina. Gli elementi di controllo sono quindi specifici per l’organismo.

Ad esempio il mais che resiste a un germicida è l’espressione di un enzima che neutralizza tale

sostanza. Se voglio introdurre il gene che sintetizza per la resistenza a tale germicida (glifosato), la

legislazione non lo permette. La legislazione detta le regole per la determinazione, non basta dire

che la pianta è OGM, ma anche quale tipo di modificazione è stata fatta alla pianta e chi è il

produttore di tale pianta. Gli elementi di regolazione (promotori) sono specifici per la pianta, ma

possono essere diversi tra loro. Se voglio fare un OGM con la stessa caratteristi