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I radicali liberi dellossigeno e gli antiossidanti Seminario DIOR 25 Febbraio 2011.

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Presentazione sul tema: "I radicali liberi dellossigeno e gli antiossidanti Seminario DIOR 25 Febbraio 2011."— Transcript della presentazione:

1 I radicali liberi dellossigeno e gli antiossidanti Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

2 Radicali liberi Atomi o molecole che contengono un numero dispari di elettroni, ossia che posseggono uno o più elettroni spaiati nellorbita esterna. Le specie radicaliche sono molto reattive dal momento che tendono ad accoppiare lelettrone spaiato con un altro di spin opposto strappato ad unaltra molecola. Tossicità dellossigeno Produzione di radicali liberi dellossigeno R · + R R + R · Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

3 Lossigeno può essere ridotto per aggiunta di un elettrone alla volta producendo tutte le corrispondenti forme intermedie chiamate generalmente SPECIE REATTIVE DELLOSSIGENO (REACTIVE OXYGEN SPECIES, ROS) Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

4 ROS: prodotti della riduzione incompleta dellossigeno molecolare anione superossido (O 2 ·- ) perossido di idrogeno (H 2 O 2 ) radicale idrossile ( · OH) Riduzione monovalente dellossigeno molecolare O2O2 e-e- e - + 2H + e - + H + O2.-O2.- H2O2H2O2. OH H2OH2O Fenton H2OH2O 1O21O2 Haber-Weiss Quando allossigeno è fornita sufficiente energia da invertire lo spin Fe 2+ H 2 O 2 + Fe 2+ Fe 3+ + OH + OH Fe 3+ + O 2 Fe 2+ + O 2 O 2 + H 2 O 2 OH + OH + O 2 2O 2 + 2H + H 2 O 2 + O 2 SOD Anione superossido Ossigeno singoletto Perossido di idrogeno Radicale idrossile Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

5 La pericolosità dellossigeno dipende anche: dagli idroperossidi (LOOH); dai radicali perossilici (ROO · ) e alcossilici (RO · ). Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

6 …su quali molecole biologiche agiscono i radicali liberi? Radicali liberi Acidi grassi insaturi Acidi nucleici Proteine Enzimi Polisaccaridi PerossidazioneBasi modificateInattivazione Denaturazione Polimerizzazione Depolimerizzazione Alterazioni delle membrane MutazioniAlterazioni varie strutturali e metaboliche Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

7 Azione sulle proteine I radicali liberi modificano o distruggono gli aminoacidi che compongono le proteine. Gli aminoacidi più sensibili sono quelli contenenti zolfo (cisteina, cistina, metionina) e quelli aromatici (fenilalanina, tirosina, istidina e triptofano). Altri prodotti di degradazione amplificano il danno. Negli organismi animali o vegetali si possono realizzare dei processi perossidativi nei quali possono anche intervenire enzimi specifici (cicloossigenasi, lipossigenasi). Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

8 Azione sugli acidi nucleici I radicali liberi possono interagire con il DNA e con gli altri acidi nucleici provocando una serie di danni che vanno dallo svolgimento e frammentazione delle catene polinucleotidiche al distacco delle basi azotate o allalterazione della loro struttura. Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

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10 R O S Matrice M.M.I. Q c ½ O 2 H2OH2O H+H+ ADP + Pi ATP II FAD ATPasi H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ Spazio intermembrane III IV FMN I e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- Membrana esterna Membrana interna Matrice Spazio intermembrane NADH +H + NAD + pH SUCC FUM R O S Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

11 ROS Stato di riduzione Intermedi C.R. pH) Sistemi dissipativi + - ATP Calore

12 Strategie di difesa dei mitocondri contro lo stress ossidativo La catena di trasporto elettronico mitocondriale è mantenuta adeguatamente ossidata dallattivazione dei sistemi dissipativi: Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP).Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP). Nei mitocondri vegetali funzionano anche altri sistemi dissipativi: Ossidasi Alternativa (AOX)Ossidasi Alternativa (AOX) Plant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoK ATP )Plant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoK ATP ) Prevenzione della produzione di ROS

13 Matrice M.M.I. Q c ½ O 2 H2OH2O II FAD H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ Spazio intermembrane III IV FMN I e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- NADH +H + NAD + pH SUCC FUM Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP) H+H+ H+H+ ROS Tessuto adiposo bruno degli animali ibernanti UCP acidi grassi

14 O 2 2 H2OH2O Matrice M.M.I. Q c 1 O 2 2 H2OH2O II FAD H+H+ ADP + Pi ATP H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ Spazio intermembrane III IV FMN I e-e- e-e- e-e- AOX NAD(P)H DH ex NAD(P)H DH in e-e- e-e- e-e- pH Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Ossidasi Alternativa (AOX) NADH +H + SUCC FUM NAD + Aracee (Arum pictum L. Fil.) ATPasi e-e- ROS

15 Plant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoK ATP ) Matrice M.M.I. Q c ½ O 2 H2OH2O II FAD H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ Spazio intermembrane III IV FMN I e-e- e-e- e-e- e-e- e-e- NADH +H + NAD + pH SUCC FUM ROS PmitoK ATP K+K+ K+K+ H+H+ H+H+ K + /H + Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Frumento duro Frumento duro (Triticum durum Desf.)

16 Sistemi di detossificazione dei ROS Enzimi antiossidanti Enzimi di riparazione Antiossidanti Sistemi endogeniSistemi esogeni ed endogeni Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

17 Sistemi enzimatici Catalasi e Perossidasi Superossido dismutasi (SOD) Serie di enzimi metallo-proteici che catalizzano la dismutazione dellanione superossido. O 2 ·- + O 2 ·- + 2H + O 2 + H 2 O 2 E presente in tutti gli organismi aerobi. Sono enzimi che servono ad eliminare lacqua ossigenata. Catalasi Catalasi: presente in tutti gli organismi aerobi. H 2 O 2 + H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 Perossidasi Perossidasi: agiscono con un meccanismo simile a quello della catalasi, con la differenza che interviene un substrato ridotto. H 2 O 2 + AH 2 2 H 2 O + A E meno diffusa della catalasi nei tessuti animali. I principali sistemi antiossidanti di natura enzimatica sono: Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

18 ANTIOSSIDANTE ANTIOSSIDANTE: composto che protegge i sistemi biologici dai possibili effetti dannosi di processi o reazioni che causano eccessiva ossidazione Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

19 -tocoferolo -tocoferolo Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Composti fenolici Acido ascorbico

20 Tra gli antiossidanti si possono annoverare una serie di composti di diverso tipo che si possono distinguere in: Antiossidanti di origine naturale Composti fenolici (flavonoidi e acidi fenolici) Tocoferoli, tocotrienoli Carotenoidi ( - carotene) Vitamina C Minerali (Selenio) Peptidi (Glutatione) Antiossidanti di sintesi Trolox Butilidrossianisolo (BHA) Butilidrossitoluene (BHT) Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

21 I meccanismi di azione degli antiossidanti possono essere diversi: Scavenger dei diversi tipi di radicali Agenti riducenti Complessanti dei metalli pro-ossidanti Inibitori di enzimi che producono radicali Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

22 ROSAntiossidanti

23 Un metodo per la valutazione dellAA è tanto migliore quanto più è adeguato a riconoscere contemporaneamente diverse possibili funzioni antiossidanti di una miscela di composti, utilizzando un approccio che si avvicina il più possibile alle condizioni fisiologiche. Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

24 Meccanismi di azione degli antiossidanti Scavenger dei diversi tipi di radicali Scavenger dei diversi tipi di radicali (S) Agenti riducenti Agenti riducenti (R) Complessanti dei metalli pro-ossidanti Complessanti dei metalli pro-ossidanti (C) Inibitori di enzimi che producono radicali Inibitori di enzimi che producono radicali (I) Metodo TEAC (ABTS) R R R R R R R R R Metodo ORAC S SS S S S S S S S S S S S S R R R R R R C C C C C C I I I I I I Metodo LOX/RNO Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity) ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity) LOX/RNO (Lipossigenasi/4-Nitroso-N,N-dimetilanilina)

25 Seminario DIOR 25 Febbraio 2011 Nature 2003 vol. 425, Science 2003 vol. 301, 1165 Juan Ponce de León Fonte della giovinezza


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