I RADICALI
LIBERI NEI
SISTEMI
BIOLOGICI
Radicali liberi
1
Radicali liberi :
Atomi o molecole che posseggono
un elettrone spaiato nell'orbita
esterna.
Tale elettrone rende il radicale
estremamente reattivo, in grado di
legarsi ad altri radicali o sottrarre
un elettrone da altre molecole
vicine
I radicali liberi possono essere : Radicali neutri idrogeno H • • C •
/ile ••
R - S •
••
idrossile Cloro • OH ••
Cl •
••
••
•• ••
H •
me/le H H Radicali anionici Benzosemichinone •
•O•
••
••
¯ˉ • •
O
••
Superossido O•2
Radicale nitroimidazolo CH2CH2OH
•
N
CH
¯ˉO N
3
2 N
2
Radicali cationici
1-1’ dimetil-4,4’-dipiridilio
H3C-N
•
Radicale benzopirene
+
N-CH3
•
+
Radicale n-metilfenazinio
CH3
H+
•
H
(CH3SO-­‐4)
H
H
●
Come possono prodursi radicali liberi?
●
1) scissione omolitica
●
2) radiazioni ionizzanti
●
3) scissione termica
●
4) ossidoriduzione
3
Radicali liberi: formazione
A+ + B•• Scissione
eterolitica
•• A B
Scissione
omolitica
A• + B•
Radiazioni elettromagnetiche ioniozzanti
hµ
Cl - Cl → Cl• + Cl•
Radicali liberi: formazione
Scissione termica
O
=
=
O
C-O-O-C
Perossido
di benzoile
75°C
2
=
O
C - O• Radicale benzoato
Ossidoriduzione
(H - O - O - H) Perossido di idrogeno
H2O2 + Fe2+ → HO• + OH- + Fe3+
(Reazione di Fenton)
4
reattività dei radicali liberi
Accoppiamento:
R• + R• → R - R
Trasferimento:
•
OH + H••X → H2O + X•
(ox)
O-•2 + Fe3+ → Fe2+ + O2
(red)
La stabilità dei e di conseguenza, la reattività dei
radicali liberi è strettamente correlata alla loro
emivita
H
H-C •
H
O2¯ •
nanosecondi
millisecondi (pH 7.4)
Lunga emivita (stabilizzato per risonaza)
C•
C
C
ecc.
• • 5
I radicali liberi danno
luogo a reazioni a catena
luce
Iniziazione
Cl2 → 2Cl•
•
•
oppure R + Cl2 → RCl + Cl
Cl• + CH4 → HCl + •CH3
Propagazione
•
CH3 + Cl2 → CH3Cl + Cl•
CLORURAZIONE
DEL METANO
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
Terminazione
Cl• + Cl• → Cl2
•
CH3 + •CH3 → CH3 - CH3
•
CH3 + •Cl → CH3 - Cl
6
Metabolismo energe/co cellulare Carburante metabolico Polisaccaridi Proteine Lipidi Metabolismo ossida/vo ATP 7
Origine biologica dell’ossigeno
●
●
●
●
L‘ossigeno per la sua alta affinità per gli elettroni ( è l'elemento più
elettronegativo dopo il fluoro ) possiede una elevata reattività chimica e
quando si combina con altri atomi , ossidandoli, libera notevoli quantità di
energia.
L a nostra atmosfera attuale , ricca di ossigeno, può considerarsi come
sottoprodotto della vita stessa , infatti 3,8 miliardi di anni fala vita iniziò in
un’atmosfera praticamente anossica e una grande quantità di ossigeno si
formò solo 2 miliardi di anni fa , quando si svilupparono le prime cellule
fotosintetiche che conosciamo come cianofite.
All’inizio l’ossigeno veniva consumato per reazione con composti
riducenti presenti nell’acqua , solo 1,8 miliardi di anni fa, quando le acque
degli oceani cominciarono ad essere sature, esso cominciò a sfuggire
nell’atmosfera .
Da allora ha cominciato ad accumularsi fino a raggiungere il livello attuale di
circa il 20% nell’aria del nostro pianeta. Tale aumento è dovuto al fatto che
la produzione fotosintetica ha superato il suo consumo dovuto alla
respirazione degli aerobi.
La molecola di ossigeno nella nostra atmosfera
L' ossigeno diatomico è uno dei maggiori componenti dell'aria (21%)
E' prodotto dalle piante durante il processo fotosintetico
E' indispensabile per la vita degli organismi aerobi
E' debolmente solubile in H2O, ma quanto basta per supportare la
respirazione cellulare
L'ossigeno ha valenza 2
Normalmente si trova legato ad altri elementi con legami covalenti o
ionici
Il tripletto è lo stato fondamentale della molecola di O2 (lo spin ha tre
possibili allineamenti in un campo magnetico esterno)
L’ossigeno possiede due elettroni spaiati quindi è un diradicale
8
Ossigeno molecolare:
O=O
3O
2
↑O-O↑
La configurazione elettronica della molecola di ossigeno ha 2 elettroni spaiati con
spin parallelo in due orbitali classificati di antilegame,e quindi può essere definito
diradicale
Poiché l'O2 ha un momento magnetico di spin diverso da 0, la molecola di O2 è
paramagnetica
La particolare configurazione elettronica di tripletto del diradicale O2 ne limita la
reattività nei riguardi di altre molecole che si trovano nelle maggioranza dei casi
nello stato di singoletto
L'ossigeno singoletto è uno stato ad alta energia in cui gli spin degli elettroni di
valenza sono antiparalleli
9
Configurazione ele7ronica dell’ossigeno molecolare •-
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
1O
2
→
→
→
→
σ* 2p
→
σ* 2p
→
σ* 2p
→
σ* 2p
→
σ* 2p
→
→
π* 2p
→
π* 2p
O2
→
3O
2
Riempimento degli orbitali π* e differenze di energia nell’ossigeno tripletto e singoletto.
1O
{
OSSIGENO
SINGOLETTO
2 ↑OO↓ 1
Σg 1
Δg 37 Kcal.
23 Kcal.
3O
2 OSSIGENO
TRIPLETTO
↑OO↑ 3
Σg π*(2py)
π*(2pz)
Lo spin di un elettrone dell’ossigeno tripletto può essere invertito con la formazione
dello stato attivato di ossigeno singoletto.
10
Restrizione di spin nelle reazioni dell’ossigeno tripletto.
+
Elettroni spaiati
della molecola
di ossigeno
+
Coppia di
elettroni che
viene inserita
Ipotetica situazione
non ammissibile per il
principio di Pauli
La restrizione di spin può essere superata
mediante l’aggiunta di un elettrone alla volta all’ossigeno molecolare.
La restrizione di spin può essere superata mediante l’aggiunta di un elettrone
alla volta all’ossigeno molecolare.
La completa riduzione dell’ossigeno ad acqua richiede 4 elettroni: O2 + 4e- + 4H+ → 2H2O
Qualora questo processo si realizzi mediante tappe successive di un solo
elettrone si ha la formazione di vari intermedi: •-
•
O2 + 1e- + H+ → HO2 → H+ + O2
→ → •
HO2 + 1e- + H+ → H2O2
→ H2O2 + 1e- + H+ → [H3O2] → H2O + •OH
→ → OH + 1e- + H+ → H2O
→ •
Come si può vedere nella riduzione univalente dell’ossigeno si formano 3
intermedi: il radicale anione superossido (O2 ), l’acqua ossigenata (H2O2) e il
•
radicale idrossile ( OH). Tra questi, l’acqua ossigenata è il più stabile e l’unico
che può accumularsi in quantità apprezzabili. Ʒ 11
L'ossigeno nelle reazioni del metabolismo Nella ossidazione dei carboidrati, lipidi, aminoacidi l'O2 non reagisce
con i metaboliti intermedi ma serve come accettore di elettroni
(catena respiratoria).
L'O2 interagisce direttamente con metaboliti, farmaci, sostanze
estranee all'organismo legandosi ad esse ( mono ossigenasi,
di ossigenasi )
Può interagire con sostanze facilmente auto ossidabili (flavine)
Poiché l'ossigeno molecolare è
un diradicale che può accettare
elettroni formando altri radicali
più reattivi, possiamo porci la
domanda: l'ossigeno è tossico
per gli organismi viventi?
12
Tossicità dell’ossigeno La sensibilità all’ossigeno varia da organismo a
organismo ( aerobi, anaerobi).
L’ossigeno comunque è potenzialmente tossico a tutte
le concentrazioni ,pertanto gli organismi aerobi hanno
sviluppato un complesso sistema difensivo contro i
pericoli rappresentati da questo gas, efficace nella
protezione delle cellule a valori di concentrazione di
O2 “ normali “.
Azione tossica dell’ossigeno nei confron/ degli organismi viven/ L’ossigeno, pur essendo assolutamente necessario
per la vita degli organismi aerobi , può essere tossico
quando la sua concentrazione supera anche di poco
quella dell’aria.
L’ossigeno è tossico non di per sé , in quanto
scarsamente reattivo, ma piuttosto a causa dei
suoi intermedi di riduzione molto più reattivi
dell’ossigeno molecolare
13
Principali specie reaVve dell’ossigeno (ROS) Anione superossido O2-­‐• Acqua ossigenata H2O2 Radicale idrossile •OH Ossigeno singoleUo 1O2 Queste specie reattive
dell’ossigeno (ROS) possono
interagire con i componenti
delle cellule o addirittura
formarsi all’interno di esse ?
14
Generazione
●
●
di ROS all’interno della cellula
Radiazioni ionizzanti (UV,raggiX raggi gamma) : idrolizzano
l’acqua a H e •OH
Infiammazioni : NADPH ossidasi dei leucociti ( H2O2, O2•- )
• Fosforilazione ossidativa
●
●
Metalli di transizione ( ferro, rame )
Altri radicali liberi che possono concorrere alla formazione di di
ulteriori radicali.
Nella fosforilazione ossidativa vi sono tre tipi di
trasferimento degli elettroni:
1) trasferimento di uno ione idruro (:H-) che porta con se
i due elettroni (NADH + H+)
2) trasferimento di un atomo di idrogeno e di un elettrone
(H++ e-) (FADH2)
3) trasferimento diretto ad un metallo
riduzione di Fe +++ a Fe++ (citocromi)
15
16
17
18
19
20
21
Produzione mitocondriale di radicali
liberi
Le specie reattive dell’ossigeno prodotte
nel mitocondrio possono danneggiare sia
componenti mitocondriali che citosoliche e
contribuiscono significativamente ai
processi di invecchiamento cellulare
Aumento extracellulare di specie reattivedell'ossigeno
Stati infiammatori
Acuti : infezioni, ustioni
Cronici : malattie del tessuto connettivo, artrite reumatoide,colite ulcerosa,
vasculite.
Malattie immunologiche
Aumento intra ed extracellulari di specie reattive dell'ossigeno
Radiazioni :
raggi ultravioletti, radiazioni ionizzanti
Carcinogenesi indotta da sostanze chimiche:
Inquinamento ambientale
22
Stress ossida/vo Si manifesta quando aumenta nella cellula la produzione di specie radicaliche e/o diminuiscono i sistemi an/ossidan/ Principali specie reaVve dell’ossigeno (ROS) Anione superossido O2-­‐• Acqua ossigenata H2O2 Radicale idrossile •OH Ossigeno singoleUo 1O2 23
Anione superossido O2•-
O2•-­‐ + H+ HO2• (idro perossile) Dismutazione spontanea (ossidoriduzione intermolecolare) : K1 HO2• + HO2• H2O2 + O2 (1O2 ) ( pH acido) K1 = 7.1 • 105 M -­‐1 sec-­‐1 K2 HO2• + O2•-­‐ + H+ H2O2 + O2 (1O2 ) ( pH 4.8) K2 = 8.5 • 107 M-­‐1 sec-­‐1 K3 O2-­‐• + O2-­‐• + 2H+ H2O2 + O2 (1O2 ) ( pH basico) K3 = 100 M-­‐1 sec-­‐1 24
• Il superossido può comportarsi sia da agente riducente trasformandosi in ossigeno molecolare: X + O-­‐•2 + H+ → HX + O2 • Oppure da ossidante formando H2O2 Y + O2-­‐• + H+ → Y• + H2O2 Il superossido può reagire con l’acqua ossigenata prodoUa dalla sua stessa dismutazione generando radicale idrossile ( reazione di Haber Weiss ) O2-­‐• + H2O2 OH-­‐ + •OH + O2 25
La reazione di haber Waiss , anche se termodinamicamente possibile, non può procedere a velocità significa/ve poichè la dismutazione del superossido è prevalente, è stato però osservato che l’aggiunta di complessi metallici ad un sistema che produce superossido accelera la formazione di radicale •OH. Reazione di Haber Weiss catalizata da complessi metallici O2-­‐• + Fe3+……EDTA O2 + Fe2+……EDTA Fe2+……EDTA + H2O2 Fe3+……EDTA + OH-­‐ + •OH -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐ Somma O2-­‐• + H2O2 O2 + OH-­‐ + •OH 26
Qualsiasi composto in grado di liberare superossido è potenzialmente tossico Streptonegrina
Allossana
Adriamicina
Benzopirene
Daunomicina
Paraquat
O2•Proteine
Lipidi
Polisaccaridi
Acidi nucleici
Pericolosità del superossido L’anione superossido reagisce con: proteine, lipidi, polisaccaridi, acidi nucleici ma la sua reaVvità è bassa se confrontata con quella di altri radicali dell’ossigeno La reale tossicità del superossido dipende in larga misura dalla sua interazione con l’acqua ossigenata ( reazione di Haber Weiss ) formata dalla sua stessa dismutazione che può essere catalizzata da complessi metallici 27
L’anione superossido può formarsi al’interno delle cellule da reazioni enzima/che ? Flavoproteina che contiene nel sito attivo un atomo di molibdeno e 4 centri ferro-zolfo
28
Xantina ossidasi
HN
Ipoxantina
O
N
XOD
N
N
H
O2
HN
O
Xantina
O
N
XOD
N
H
N
H
O2
HN
Acido urico
O
H
N
O
O
N
N
H
XOD
XANTINA + H2O + O2 → ACIDO URICO + H2O2
XOD
•
XANTINA + H2O + 2O2 → ACIDO URICO + 2O2 + 2H+
Flavoproteine
•
Fl + O2 FDH
→ FlH• + O2 + H+
FDH
FlH• + O2 → Fl + O2•
+ H+
H2O2 29
Acqua ossigenata
Riduzione univalente e dismutazione
O2-• + O2-• + 2H+ → H2O2 + O2
Riduzione bivalente dell'O2
O2 + 2e- + 2H+ → H2O2
Reazioni dell’acqua ossigenata Reazione di Fenton
H2O2 + Fe2+
Fe3+ + OH- + • OH
Reazione di Haber Waiss
H2O2 + O2•-
OH- + • OH + O2
30
Fon/ biologiche di acqua ossigenata Superossido dismutasi Xan/na ossidasi L-­‐ aminoacido ossidasi Mono amino ossidasi epa/che acqua ossigenata nell'infiammazione
31
Tossicità dell’H2O2
1)Generazione di radicale idrossile mediante
reazione con O•-2 (Haber-Waiss)
o con ioni ferrosi (Fenton)
•OH
2) Ossidazione dei disulfuri e metionili
delle proteine
Radicale idrossile •OH 32
Radicale idrossile
•
OH Danno locale à Biomolecola radicale Radicale stabile Danno a distanza hr
1) Radiolisi dell’H2O
H2O → •OH + H•
2) Reazione di Haber Waiss
O•
2 + H2O2 → OH- + •HO + O2
3) Reazione di Fenton
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + •OH
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + •OH
Reazioni del radicale idrossile
1) Trasferimento di elettroni (sistemi inorganici)
•
OH + Fe2+ → OH- + Fe3+
•
•
OH + SCN → OH- + SCN
2) Estrazione di atomi di idrogeno (molecole organiche)
•Ο H + CH – CH – OH
3
2
→ H2O + CH3 – CH2 – OH
3) Addizione (sistemi biologici con anelli aromatici o eterociclici)
O
HN
O
O
CH3
N
H
H
•
OH
HN
O
O
•
N
H
CH3
•
+ OH
O
H
CH3
O
HN
O
N
H
O
H
33
Ossigeno singoleUo 1O
2 Ossigeno singoletto
1O
2 37 Kcal/mole
23 Kcal/mole
1Σ
g
1Δ
g
(emivita brevissima)
(emivita più lunga)
• Dismutazione spontantanea
del superossido
-•
+
1
O
2+
O2•
+ 2H → O2 + H2O2
•
• Interazione
O2, •OH•
OH + O•-2 → 1O2 + OH-
•
• Interazione
O2, H2O2
O•
+ H O
2
2
2→
2O + •OH +
1
OH-
• Durante il processo di perossidazione lipidica (meccanismo di Russel)
ROO• ROOH •
R C OO• H RH O O C H O C O 1O
2 + C O + C OH Carbonile
H Tetrossido
34
EffeV dei radicali liberi nei sistemi biologici Radicali liberi
Acidi acidi grassi
Poliinsaturi
Perossidazione
acidi
proteine
nucleici
basi modificate
enzimi
polisaccaridi
membrane
inattivazione
depolimerizzazione
denaturazione
polimerizzazione
Alterazione membrane
mutazioni
altrazioni varie strutturali e mataboliche
liberi
Danni indoV dai radicali liberi ai fosfolipidi di membrana 35
Fosfolipidi di membrana 36
Perossidazione lipidica Decomposizione degli idroperossidi ROOH + Fe2+
RO• + OH- + Fe3+
ROOH + Fe3+
ROO• + H+ + Fe2+
ROOH + O2-•
RO• + OH-
+ 1O2
37
Danni indoV dai radicali liberi alle biomembrane 38
Danni indoV da radicali liberi alle molecole proteiche 39
proteine Gli aminoacidi più sensibili all’azione dei radicali liberi sono
quelli contenenti zolfo come cisteina cistina e metionina
e quelli aromatici come tirosina istidina fenilalanina e triptofano
40
Aminoacidi Danni indoV da radiali liberi agli acidi nucleici 41
Azione dei radicali liberi sugli acidi nucleici EffeUo dei radicali liberi sugli acidi nucleici 42
EffeUo dei radicali liberi sugli acidi nucleici EffeUo dei radicali liberi sul DNA 43
Attivazione dello stress ossidativo
Fattori endogeni:
Xantina ossidasi
Ossidazione della emoglobina
Rilascio di ferro libero
Aumento della sintesi di prostaglandine
Attivazione delle cellule endoteliali
Iper omo cisteinemia
Malattie genetiche
pro
ossidanti
anti
ossidanti
Fattori esogeni:
Prolungata esposizione a radiazioni (UV e
ionizzanti)
Contatto con agenti cancerogeni
Fumo di sigaretta
Eccessivo esercizio fisico
Eccessivo consumo di alcool
Shock termico
Terapia con ozono o ossigeno iperbarico
Inquinamento
Agenti infettivi
Stress intellettivo
44
Strategie cellulari per combaUere lo stress ossida/vo • Evitare da parte della cellula la formazione o l'accumulo di specie
potenzialmente lesive eliminandole al momento della loro
formazione (Enzimi antiossidanti e antiossidanti non enzimatici)
• Ridurre i danni prodotti dai
enzimatici)
radicali
(Antiossidanti non
• Riparo di molecole danneggiate (reazioni enzimatiche )
I Linea di difesa cellulare contro i radicali liberi : enzimi an/ossidan/ Enzimi anIossidanI Blocco della iniziazione SOD Catalasi abbassano H2O2 O2•-­‐ Gluta/one perossidasi ↓↓ Reazioni di Haber Waiss e Fenton abbassa •OH 45
I linea di difesa : Sistemi an/ossidan/ enzima/ci • Superossido dismutasi (SOD) • Catalasi • Gluta/one perossidasi Superossido dismutasi SOD E’ un enzima inducibile E’ presente in tuV i tessu/ Ci sono due /pi di SOD : mitocodriale ( Mn ) e citosolica ( Cu2+, Fe2+ ) Kcat / Km 2 • 109 M-­‐1 g-­‐1 O2-­‐• + O2-­‐• + 2H+ H2O2 + O2 46
Superossido dismutasi E-­‐Cu2 + + O2-­‐• E-­‐Cu+ + O2 1. E-­‐Cu+ + O-­‐•2 +2 H+ E-­‐Cu2+ + H2O2 47
Catalasi
Emoproteina
Ubiquitaria
Kcat/Km 4 •107M-1 g-1
H2O2 + H2O2
H2O2 +
RH
2 H2O + O2
2H2O + R
Meccanismo catali/co della Catalasi 48
Gluta/one perossidasi Enzima di PM 84.000 E’ cos/tuita da 4 subunità iden/che contenen/ Ognuna un atomo di selenio legato covalentemente all’apoenzima come seleno-­‐cisteina 49
Gluta/one perossidasi
2GSH + H2O2 → GSSG + 2H2O
ROOH + 2GSH → ROH + GS-SG + 2H2O
Glutatione reduttasi
GSSG + NADPH + H+ → 2GSH + NADP + 50
Glutatione perossidasi
HOOH
ROOH
2GSH + H2O2 → GSSG + 2H2O
ROH
ROOH + 2GSH → ROH + GS-SG + 2H2O
GSSG + NADPH + H+ → 2GSH + NADP+
E-Se-H
6PGL
NADPH+H+
G6P
DEIDROGENASI
G6P
NADP+
E-Se-OH
GSH
GSSG
GSH
REDUTTASI
GSH
ACIDO
SELENICO
E-Se-S-G
SELENO
SOLFURO
H2O
Produzione ed eliminazione del superossido da an/ossidan/ enzima/ci 51
II Linea di difesa cellulare contro i radicali liberi : an/ossidan/ non enzima/ci An/ossidan/ scavengers Blocco propagazione Gluta/one ,/oli Vitamina E Acido ascorbico ( VitaminaC) Acido lipoico Acido urico ß Carotene Bilirubina ↓ ↓ -­‐ COOH -­‐COO• -­‐CO• GLUTATIONE 52
•
•
RS + RS
RSSR
GLUCOSIO
2 GSH
ESOCHINASI
2 GSSG
NADPH+H+
2 RSH
GLUCOSIO 6P
GLUCOSIO 6P
DEIDROGENASI
GLUTATIONE
REDUTTASI
NADP+
6P GLUCONATO
2 GSH
53
Funzioni del gluta/one • Detossificazione dei radicali dell’ossigeno (riduzione) •
•
•
•
•
•
•
CofaUore della gluta/one perossidasi Riduzione dei disolfuri Formazione di disolfuri mis/ Detossificazione di xenobio/ci Sintesi della glicina Sintesi di eicosanoidi Sintesi di desossiribonucleo/di 54
TIOLI Protezione da /oli Scavenger
RSH + •OH
RS• + H2O
RSH + H•
RS• + H2
RSH + HO2•
RS• + H2O2
RS• +
RS•
RSSR
55
Protezione da /oli Riparo
XH
X• + H•
X• + RSH
X H + RS•
H• + RSH
H2 + RS•
RS• + RS•
RSSR
Protezione da /oli Riciclo RS• + RS• RSSR RSSR + 2 GSH 2RSH + GSSG GSH reduUasi GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+ G6P deidrogenasi Glucosio6P + NADP+ 6PGluconato + NADPH + H+ 56
VITAMINA C Acido ascorbico ( vitamina C )
La vitamina C è una vitamina per gli esseri
umani, per i primati ,per la cavia cobaia, per i
pipistrelli, per gli uccelli passeriformi e per la
maggior parte dei pesci e degli invertebrati,gli
altri animali la sintetizzano come intermedio del
metabolismo del glucosio nella via dei
glucuronidi.
57
Albero filogene/co dell’acido ascorbico Sintesi dell’acido ascorbico 58
Structure of ascorbic acid and its oxidized forms OH O O CH·CH2OH
OH HO H Ascorbic acid O- in
ionized form
(ascorbate) OH O O OH O O CH·CH2OH
OH O Semidehydroascorbate radical
(extra electron delocalized between
all three oxygen atoms) CH·CH2OH
O O Dehydroascorbate H 2O
H O O C OH O C O C H C OH HO C H C OH O C OH Oxalic acid + CH2OH Diketo-L-gulonic acid O C OH H C OH HO C H CH2OH L-Threonic acid Trasporto dell’acido deidro ascorbico ascorbico nelle cellule e sua riduzione ad ascorbato 59
Vitamina C : eleUron donatore Riduce: Anione superossido Idrossil radicali Specie reaVve ossidan/ Ferro Gluta/one ossidato Tocoferil radicale TOCOFEROLI 60
tocoferoli
tocoferoli 61
Vitamina E
Degradazione dell’alfa tocoferolo 62
Riciclaggio della vitamina E 63
Azioni fisiologiche della vitamina E
La vitamina E si accumula nel tessuto adiposo (nell’uomo
occorrono più di 4 anni di dieta carente per estinguerne le
riserve)
Tutte le manifestazioni causate dalla deficienza di vitamina E
derivano probabilmente da una mancata protezione a livello
delle membrane
L’aumento nella dieta di acidi grassi poliinsaturi induce un
aumento della richiesta dietetica di vitamina E
Ratti tenuti a dieta carente di vitamina E diventano sterili
CAROTENOIDI 64
65
ACIDO LIPOICO Forma ridoUa dell’acido lipoico 66
Piruvato deidrogenasi 67
Potenziali di ossidoriduzione standard di alcune importan/ semireazioni biologiche NADP⁺+ 2H⁺ + 2e⁻ NADPH + H⁺ -­‐ 0,32 NAD⁺ + 2H⁺ + 2e⁻ NADH + H⁺ -­‐ 0,32 Acido lipoico + 2H⁺+ 2e⁻ Acido diidrolipoico -­‐ 0,29 Gluta/one ox + 2H⁺+ 2e⁻ Gluta/one red -­‐ 0,2 FAD + 2H⁺ + 2e⁻ FADH2 -­‐0,22 Ubichinone (Q) + 2H⁺+ 2e⁻ QH2 -­‐0,04 Citocromoc1 Fe3⁺ + 2°e⁻ Fe2⁺ 0,23 Fe3⁺ + e⁻ fe2⁺ 0,77 ½ O2 + 2 e⁻ H2O 0,82 An/ossidan/ sinte/ci 68
III Linea di difesa cellulare contro i radicali liberi Riparo Gluta/one reduUasi Tioredossina Tioredossina reduUasi Eme ossigenasi Heat shock proteins Proteine trasportatrici di Cu2+, Fe2+ SISTEMI ANTIOSSIDANTI DEL GLOBULO ROSSO 69
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Glucosio 6P deidrogenasi
Autoossidazione della emoglobina 71
Sistemi di riducen/ la metaemoglobina 72
Invecchiamento e longevità
Invecchiamento e longevità sono controllati attraverso una
complessa e ancora largamente sconosciuta connessione tra
fattori casuali e deterministici come programmazione
genetica,stress ambientali ,stile di vita processi di riparo
molecolari certamente determinati da un accumulo di danni nel
tempo.
Gli elementi indispensabili per la vita come acqua luce e
ossigeno posseggono una capacità intrinseca di danneggiare le
macromolecole biologiche
I ROS rappresentano un problema particolarmente importante
perché sono molto reattivi e danno origine a reazioni a catena
I danni al DNA, sono determinanti per l’induzione di
trasformazioni oncogeniche
Infine i mitocondri occupano un posto centrale nelle teorie di
invecchiamento e morte cellulare
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