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STRESS OSSIDATIVO
PROOSSIDANTI e ANTIOSSIDANTI
PROOSSIDANTI
PROOSSIDANTI
Molecole altamente reattive che, alla ricerca della
stabilità, sono in grado di reagire e di danneggiare tutte
le biomolecole dell’organismo umano.
La maggior parte sono molecole radicaliche.
Le sostanze proossidanti possono avere sia origine
esogena che endogena.
RADICALE LIBERO
DEFINIZIONE: molecola che contiene uno o più
elettroni spaiati nell’orbitale di legame.
I radicali reagiscono con altre molecole allo scopo di
catturare gli elettroni necessari al raggiungimento
della stabilità.
Alcune specie radicaliche sono estremamente
reattive mentre altre risultano relativamente inerti.
ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVE
ESOGENA
•Fumo di sigaretta (NO. NO2.)
•Inquinamento ambientale
•Radiazioni elettromagnetiche (. OH)
•Diete sbilanciate con eccessivo contenuto di Fe o Cu
(reazione di Fenton)
•Farmaci, pesticidi,
detossificazione)
•Luce ultravioletta
anestetici
…
(nei sistemi
di
ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVE
ENDOGENA
1. Respirazione cellulare
ROS (Reactive
Oxygen Species)
ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVE
ENDOGENA
2. Fagocitosi (NO., O2-. , H2O2 , OCl -)
3. Perossisomi (H2O2)
4. Sistema di detossificazione che coinvolge il cyt
P450
5. Cascata dell’acido arachidonico
6. Esercizio fisico
7. Processi infiammatori
8. Ischemia/riperfusione
ROS: REACTIVE OXYGEN SPECIES
Radicaliche e non radicaliche
ORBITALI
π
σ
OSSIGENO TRIPLETTO
O2
radi
cale
ossidan
te
SI
NO
ANIONE SUPEROSSIDO
O2-•
SI
SI
PEROSSIDO D’IDROGENO
H2O2
NO
SI
RADICALE IDROSSILE
HO•
SI
SI
ACQUA
H2 O
NO
NO
OSSIGENO SINGOLETTO
1O
2
NO
SI
SPECIE RADICALICHE
ANIONE SUPEROSSIDO
.
O2-
• Generato:
•accidentalmente nella catena di trasporto degli e- nei
mitocondri e nei microsomi
•intenzionalmente dalle cellule fagocitarie tramite le ossidasi
NADPH-dipendente
•reattività bassa, diffusione alta
•partecipa alla reazione di Fenton
•in grado di rilasciare Fe++ dai depositi di ferritina
•trasformato a H2O2 dalla SOD nel citoplasma e nei mitocondri
SPECIE RADICALICHE
RADICALE IDROSSILE
HO•
•Generato:
•nella catena di trasporto degli e- nei mitocondri
•per azione delle radiazioni elettromagnetiche
•in presenza di metalli di transizione
O2-• + Fe+++
Fe++ + O2
Fe++ + H2O2
Fe+++ + HO• + HO-
O2-• + H2O2
O2 + HO• + HO- reazione di Haber-Weiss
•Reattività alta, diffusione limitata
reazione di Fenton
SPECIE RADICALICHE
OSSIDO NITRICO
NO•
•Generato:
•macrofagi e neutrofili durante i processi infiammatori
•dalle cellule endoteliali con funzione di modulatore della
contrazione a livello dei vasi
•La sua tossicità è legata alla formazione di perossinitrato:
NO• + O2-•
RADICALI PEROSSILICI
ONOO-
.
ROO
• Generati durante la perossidazione lipidica
•Non molto reattivi ma altamente diffusibili
SPECIE NON RADICALICHE
PEROSSIDO DI IDROGENO
H2O2
•Generato:
•enzimaticamente dalla SOD a partire da O2-.
•enzimaticamente dalle xantina ossidasi dei perossisomi
•nella catena di trasporto degli e- nei mitocondri
•Diffonde velocemente
•E’ degradato dalla catalasi nei perossisomi
OSSIGENO SINGOLETTO
1
O2
•Prodotto principalmente per fotoeccitazione in presenza di un
iniziatore come le clorofille
•Può reagire con doppi legami, per esempio degli acidi grassi
producendo idroperossidi
EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE
CARBOIDRATI:
Sottrazione casuale di un H da un C della catena
polisaccaridica con formazione di un radicale centrato
sul C che in presenza di O2 può dare origine a radicali
perossilici (ROO•)
frammentazione e depolimerizzazione
EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE
PROTEINE:
ossidazione gruppi -SH (NO•, HO•, ONOO-)
ossidazione di alcuni AA (HIS, ARG, LYS, PRO)
liberazione del Fe per degradazione degli anelli porfirinici (H2O2)
perdita di funzionalità e danno indiretto (es DNA)
Markers di ossidazione:
•Determinazione di proteine con gruppi carbonilici tramite reazione con
2,4 dinitrofenilidrazina;
•Determinazione di singoli AA ox come la 2-ossiHYS.
EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE
ACIDI NUCLEICI:
Idrossilazione delle basi per addizione del radicale
OH• o sottrazione di un H dalla molecola
saccaridica.
EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE
PEROSSIDAZIONE LIPIDICA
•E’ la classe di biomolecole più suscettibile all’attacco dei
radicali
•L’autossidazione avviene a carico degli acidi grassi presenti
nelle membrane cellulari o nelle lipoproteine
•La suscettibilità aumenta all’aumentare dei doppi legami
•I cicli di propagazione nella membrana sono di solito non più di
2-3
•La reazione di perossidazione porta alla formazione di prodotti
secondari tossici o cancerogeni come aldeidi, chetoni, ….
•L’iniziatore principale è HO•
•Markers di perossidazione: MDA e 4-idrossinonenale.
PEROSSIDAZIONE LIPIDICA
PEROSSIDAZIONE LIPIDICA:
ossidazione delle LDL
TEORIA OSSIDATIVA DELL’ATEROSCLEROSI
Le LDLox inibiscono la motilità dei macrofagi, richiamano altri monociti circolanti,
sono citotossiche, inducono proliferazione delle cellule muscolari ecc..
ANTIOSSIDANTI
ANTIOSSIDANTE
Sostanza che, pur presente in concentrazione ridotta
rispetto al substrato ossidabile, può prevenire o
ritardare l’ossidazione iniziata da un fattore
proossidante
Le molecole antiossidanti, reagendo con i radicali, si
trasformano esse stesse in radicali che hanno però la
caratteristica di essere più stabili e meno reattivi.
Possono essere:
•endogeni, sintetizzati dall’organismo umano
•esogeni, introdotti con la dieta.
MODALITA’ DI AZIONE DEGLI
ANTIOSSIDANTI
PRIMARI
•Prevengono la formazione di specie radicaliche
•Sequestrano i metalli di transizione
SECONDARI
Reagiscono con radicali formati e li
convertono in forme meno reattive
interrompendo la reazione a catena
CLASSIFICAZIONE DEGLI
ANTIOSSIDANTI
ENDOGENI
ENZIMI: SOD, catalasi, glutatione perossidasi
PROTEINE: proteine-SH, leganti metalli (Fe, Cu)
ALTRE MOLECOLE: acido urico, bilirubina,
ubichinone (coenzima Q10) ...
CLASSIFICAZIONE DEGLI
ANTIOSSIDANTI
ESOGENI
VITAMINICI:
NON VITAMINICI:
•Vitamina C
•Carotenoidi
•Vitamina E
•Polifenoli
•Carotenoidi (con funzione di pro- •Minerali (Se, Cu, Zn, Mn, Fe)
vitamina A)
•Vitamina B2 (riboflavina)
ANTIOSSIDANTI ENDOGENI
ENZIMATICI, CELLULARI
SUPEROSSIDO
DISMUTASI (SOD)
È il principale antiossidante cellulare che mantiene
bassa la concentrazione di O2-•
Funziona in collaborazione con la catalasi e la
glutatione perossidasi
ANTIOSSIDANTI ENDOGENI
ENZIMATICI, CELLULARI
CATALASI (CAT)
2 H2O2
2 H2O + O2
E’ una eme-proteina (contenente Fe) presente nei
perossisomi e nel citosol degli RBC
Insieme alla SOD permette la rapida
detossificazione del O2-•
ANTIOSSIDANTI ENDOGENI
ENZIMATICI, CELLULARI
GLUTATIONE PEROSSIDASI (GSH-Px)
2 H2O2
ROOH
2 GSH
2 H2O + O2
ROH + H2O
GSSG
GLUTATIONE REDUTTASI
NADP+
NADPH2
E’ una Se-proteina presente nel citosol.
E’ il principale detossificatore di H2O2 della cellula.
La GSH reduttasi eritrocitaria è B2 dipendente.
ANTIOSSIDANTI ENDOGENI
NON ENZIMATICI
PROTEINE -SH:
Agiscono principalmente come antiossidanti plasmatici.
Acquistano un e- dando vita ad un radicale sulfidrilico (-S•) più stabile.
Il GSH è abbondante
nel citosol, nel nucleo
e nei mitocondri ed è
presente anche a
livello plasmatico.
Può reagire anche
non enzimaticamente
con radicali (ONOO-,
tocoferile,
ascorbile).
ANTIOSSIDANTI ENDOGENI
NON ENZIMATICI
PROTEINE LEGANTI Cu-Fe:
Proteine di trasposto: transferrina (2Fe+++) e ceruloplasmina (Cu++)
Proteine di deposito del Fe: ferritina (FeOOH) e emosiderina
Condizioni di acidosi quali ischemie, emorragie, traumi, possono
promuovere il distacco dei metalli.
BILIRUBINA:
Prodotto di degradazione dell’anello eme che è prima convertito a
biliverdina dall’EME ossigenasi (P450) e poi red a bilirubina da un
enzima citoplasmatico.
Ne esistono varie forme plasmatiche, libera, coniugata, legata
all’albumina e tutte hanno dimostrato di bloccare i radicali perossilici a
livello plasmatico, proteggendo anche le LDL dall’ossidazione.
ANTIOSSIDANTI ENDOGENI
NON ENZIMATICI
ACIDO URICO:
Prodotto finale del catabolismo delle purine.
In grado di chelare i metalli e di ridurre l’ozono funzionando da
antiossidante del tratto respiratorio.
Presente in concentrazione 3-4 volte quella dell’acido ascorbico si è
ipotizzato che supplisca la perdita di capacità di sintetizzare acido
ascorbico da parte dell’uomo.
UBICHINONE O COENZIMA Q10
Coenzima trasportatore di e- liposolubile, reversibilmente riducibile,
costituito da una lunga catena laterale isoprenoide.
Antiossidante liposolubile, presente nelle membrane cellulari, mantiene
in forma ridotta la vitamina E.
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
VITAMINICI
ACIDO ASCORBICO (Vitamina C)
• È il principale antiossidante extracellulare
• L’ossidazione dell’ascorbato avviene in due fasi:
1. formazione del monodeidroascorbato, radicale scarsamente
reattivo, rigenerato dalla NADPH deidroascorbato reduttasi;
2. formazione del deidroascorbato, rigenerato dall’ascorbico
reduttasi-GSH.
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
VITAMINICI
ACIDO ASCORBICO (Vitamina C)
•È in grado di reagire con:
• O2-•, HO•, H2O2, 1 O2, come antiossidante primario;
• ROO•, come antiossidamte secondario;
•Può rigenerare il radicale tocoferile sulla superficie delle
membrane e delle LDL.
Attività prossidante: in presenza di metalli di transizione può
comportarsi da ossidante riducendoli e dando origine a specie
reattive.
FONTI ALIMENTARI
Vegetali freschi e agrumi, ma anche fegato, latte, carni e pesce.
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
VITAMINICI
VITAMINA E
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
VITAMINICI
VITAMINA E
•Sostanza liposolubile.
•È il principale radical-scavenger delle membrane e delle
lipoproteine.
•Agisce bloccando i radicali perossilici formatisi durante la
perossidazione lipidica.
•Può essere rigenerato dall’acido ascorbico e dal GSH.
FONTI ALIMENTARI
Oli vegetali, frutta secca, cereali integrali e alcuni ortaggi
(broccoli, spinaci …).
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
NON VITAMINICI
CAROTENOIDI
•Sono un ampio gruppo di pigmenti rossi, arancio e giallo presenti
negli alimenti, soprattutto frutta e vegetali.
•Sono sostanze liposolubili.
•Alcuni hanno attività vitaminica (es. β-carotene).
•Presenti nelle membrane cellulari e veicolati dalle lipoproteine.
•Proteggono le LDL dall’ossidazione.
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
NON VITAMINICI
CAROTENOIDI
•Bloccano i radicali, tra cui anche l’ 1 O2, tramite diversi meccanismi:
•trasferimento del e-, nel caso del tocoferile;
•addizione del radicale alla molecola, nel caso di radicali
tiolici (GSH) e perossilici;
•trasferimento fisico dell’energia al carotenoide
dissipamento di questa come calore, nel caso del 1 O2.
e
•Sono efficienti a basse tensioni di O2, mentre quando la tensione
aumenta aumenta anche la capacità dei carotenoidi di reagire con l’O2
portando a prodotti finali che propagano la reazione di
perossidazione.
FONTI ALIMENTARI
Verdura, frutta, alcuni cereali, tracce negli oli vegetali.
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
MINERALI
•SELENIO
cofattore della GSHpx,
contenuto in prodotti di origine animale e vegetale
principale fonte italiana derivati del frumento duro
•MANGANESE cofattore della SOD mitocondriale
principali fonti italiane, cereali integrali, vino, tè e
legumi
•RAME
cofattore insieme allo Zn della SOD citoplasmatica
principali fonti italiane, prodotti amidacei, frutta, carne,
pesce e uova
•ZINCO
cofattore insieme allo Cu della SOD citoplasmatica
principali fonti italiane, carne, interiora, pesce, latte e
derivati e cereali
•FERRO
costituente della catalasi
principali fonti italiane, carne, pesce, verdure, cereali e
derivati.
ANTIOSSIDANTI ESOGENI
NON VITAMINICI
POLIFENOLI
Ampia classe di composti derivati dal metabolismo
secondario delle piante
Chimicamente sono derivati ciclici del benzene
sostituiti con gruppi idrossilici
Comprendono molecole sia semplici come gli acidi
fenolici oppure altamente polimerizzate come i tannini.
Sono presenti negli alimenti in forma libera,
esterificata con gruppi metilici ed etilici e con
zuccheri.
3'
2'
8
O
7
A
1'
4'
B
2
5'
R2
6'
C
R1
5
4
Struttura dei flavonoidi
R1
O
O
3
6
R2
R3
R3
OH
OH
R4
R4
Struttura degli acidi fenolici
•bloccare i radicali liberi
•legare i metalli di transizione
•inibire l’ossidazione delle LDL
•rigenerare il radicale tocoferile
Scheletro
base
Classe
Fonti alimentari
Composti
Fenoli semplici
Ampiamente distribuiti
Catecolo, idrochinone,
resorcinolo
C6-C1
Acidi benzoici
Anice, rosmarino,
timo, maggiorana,
lampone, ribes,
finocchio, vaniglia,
mirtillo
Salicilico, paraidrossibenzoico,
vanillico, siringico,
protocatecuico, gallico
C6-C2
Acidi fenilacetici
Ampiamente distribuiti
p-idrossifenilacetico
C6-C3
Acidi cinnamici
Ciliegie, prugne,
mirtilli, lamponi,
ananas, pomodori,
mele, cereali
Ferulico, caffeico, clorogenico,
o-cumarico, m-cumarico, pcumarico
C6-C3-C6
Flavonoidi
Limoni, olive,
peperoni, cereali
Luteolina, crisina, apigenina
C6
Flavoni
Flavonoli
Mele, pere
Quercetina,campferolo
Cipolla, buccia di
mela, uva nera, tè,
broccoli
Rutina
Uva
Diidroquercetina,
diidrocampferolo glicoside
Pompelmo, arance,
limoni, pomodori
Esperitina, naringenina
Limone, arance,
fragole
Esperidina, neoesperidina,
narirutina, naringina, criocitrina
Frutti di bosco,
ciliegie, prugne,
cavolo rosso,
melanzane, cipolle,
ravanelli
Cianidina, peonidina,
delfinidina, petunidina,
malvidina
Flavanoli
(catechine)
Mele,pere,uva,pesca
Catechina,epicatechina,
gallocatechina,
epigallocatechina
Calconi
Mele, pere, pomodoro
Arbutina,floretina,
calconaringenina
Flavonoli glicosidi
Flavanonoli
Flavanoni
Flavanoni glicosidi
Antocianidine
(C6-C3)2
Lignine
Pinoresinolo
(C6-C3-C6)2
Biflavonoidi
Agatisflavone
Fonti
alimentari
dei
polifenoli
PROOSSIDANTI
ANTIOSSIDANTI
STRESS OSSIDATIVO:
sbilanciamento dell’equilibrio tra proossidanti e
antiossidanti nell’organismo a favore dei proossidanti.