STRESS OSSIDATIVO Stress chimico indotto dalla presenza in

STRESS OSSIDATIVO Stress chimico indotto dalla presenza, in un organismo vivente, di un eccesso di specie chimiche reattive, generalmente centrate sull’ossigeno (reactive oxygen species, ROS), secondario ad un’aumentata produzione delle stesse e/o a una ridotta efficienza dei sistemi fisiologici di difesa antiossidanti.

Lo stress ossidativo è la conseguenza di uno squilibrio tra processi proossidanti e processi antiossidanti (Sies, 1991) Radiazioni, farmaci, metalli pesanti Fumo di sigaretta, alcool, inquinamento Esercizio fisico inadeguato, sedentarietà Infezioni ed altre malattie Ridotta assunzione e/o diminuita sintesi e/o ridotta capacità di utilizzazione e/o aumentato consumo di antiossidanti Specie reattive Difese antiossidanti Danno cellulare Danno tissutale Danno d’organo Danno sistemico Malattie cardiovascolari Demenza, M. di Parkinson Invecchiamento precoce Infiammazioni, tumori Altre malattie

Nei sistemi biologici, i radicali liberi dell’ossigeno o ROS (Reactive Oxygen Species) vengono generati ed eliminati continuamente. I principali ROS sono: O - (anione superossido), 2 O H (radicale idroperossido); 2 OH (radicale idrossilico); NO (monossido d’azoto); ONOO- (anione perossinitrito). Esistono altre molecole, quali H 2 O 2 (perossido d’idrogeno) e HOCl (acido ipocloroso) che pur non essendo radicali di per sé, producono facilmente il radicale idrossilico, altamente reattivo

Le specie chimiche reattive, radicaliche, agiscono come ossidanti Elettrone spaiato OSSIDAZIONE A Radicale (ossidante) + C C Molecola bersaglio (doppio legame C-C) A + Nuova molecola (ridotta, stabile) C C Nuovo radicale (ossidante) L’ossidazione, ovvero il trasferimento di uno o più elettroni, è la base chimica dello stress ossidativo

REAZIONI DI RADICALI LIBERI INIZIO: formazione di radicali liberi PROPAGAZIONE: i radicali liberi reagiscono con altre molecole per produrre altri radicali liberi TERMINAZIONE: radicali i liberi reagiscono tra loro per formare molecole

MECCANISMI DI PRODUZIONE DI ROS Negli organismi viventi i ROS sono generati nel corso della normale attività metabolica cellulare

A concentrazioni elevate i ROS sono dannosi per l’organismo in quanto attaccano i maggiori costituenti della cellula (proteine, acidi nucleici, lipidi) partecipando così a processi complessi quali l’invecchiamento e le patologie ad esso correlate. A concentrazioni moderate i ROS partecipano attivamente ad una varietà di processi biologici complessi, implicati nella normale crescita cellulare quali la trasduzione del segnale, il controllo dell’espressione genica, la senescenza cellulare, l’apoptosi

Gli effetti dello stress ossidativo sulla struttura e sulle funzioni cellulari Perossidazione di lipidi Modificazioni enzimatiche Perossidazione amminoacidi e proteine Modificazioni del DNA (Per)ossidazione di carboidrati Denaturazione di proteine Cellula normale (senza lesioni) Cellula dopo l’attacco dei ROS Alterazioni della omeostasi ionica

EFFETTI DEI RADICALI LIBERI NEI SISTEMI BIOLOGICI

Effetto dei ROS sulle macromolecole Uno dei siti più sensibili al danno causato dai ROS è la membrana plasmatica, in particolare il bersaglio è a livello degli acidi grassi poliinsaturi. Il radicale idrossilico OH sottrae un atomo di idrogeno ad un acido grasso poliinsaturo, iniziando così una catena di reazioni di perossidazione lipidica.

RADICALI LIBERI perossidazione dei PUFA (acidi grassi polinsaturi) ridotta fluidita’ di membrana compromessa attività cellulare NEOPLASIE INVECCHIAMENTO MALATTIE CARDIOVASCOLARI

Effetto dei ROS sulle macromolecole Il radicale idrossilico OH reagisce con le basi azotate. I maggiori prodotti dell’ossidazione sono la 8 -ossiguanosina (il principale indicatore di danno al DNA), timinaglicole, 5 idrossimetiluracile

RADICALI LIBERI E ACIDI NUCLEICI

ANTIOSSIDANTI ENDOGENI Enzimi: SOD, catalasi, glutatione perossidasi Proteine: proteine-SH, leganti metalli (Fe, Cu) Altre molecole: acido urico, bilirubina. . . ESOGENI Vitaminici: Non vitaminici: • Vitamina C • Carotenoidi • Vitamina E • Polifenoli • Carotenoidi (b-carotene)

Meccanismo d’azione degli antiossidanti Inquinanti, fumo, radiazioni, metalli pesanti, farmaci, alcool, ischemia-riperfusione, … Bloccano la formazione dei radicali Antiossidanti preventivi Specie Chimiche Reattive Bloccano la reazione di inizio Antiossidanti scavenger Attacco di biomolecole (glicidi, lipidi, proteine, ecc) Bloccano la reazione di propagazione Reazioni radicaliche a catena Antiossidanti di riparo e de novo Danno ossidativo Riparano il danno e ricostituiscono le membrane Invecchiamento, malattie

ANTIOSSIDANTI ESOGENI NON VITAMINICI POLIFENOLI v Ampia classe di composti derivati dal metabolismo secondario delle piante v Chimicamente sono derivati ciclici del benzene sostituiti con gruppi idrossilici v Comprendono molecole sia semplici come gli acidi fenolici oppure altamente polimerizzate come i tannini v Scavenger nei confronti dei radicali HO • e O 2 •

Struttura dei flavonoidi Struttura degli acidi fenolici • bloccare i radicali liberi • legare i metalli di transizione • inibire l’ossidazione delle LDL • rigenerare il radicale tocoferile