L’OSSIGENO COME SUBSTRATO DI ALTRE REAZIONI METABOLICHE Nella maggior parte delle cellule più del 90% dell’ossigeno molecolare viene utilizzato per la fosforilazione ossidativa Il rimanente viene utilizzato in altre reazioni metaboliche ed esistono almeno 200 enzimi che utilizzano l’ossigeno come substrato

OSSIDASI ed OSSIGENASI Si indicano OSSIDASI gli enzimi che catalizzano l’ossidazione di un substrato per mezzo dell’ossigeno senza incorporazione di quest’ultimo nel prodotto. Normalmente coinvolge 2 elettroni per cui l’ossigeno è convertito in H2O2. Le ossidasi utilizzano un metallo o un coenzima flavinico Le OSSIGENASI sono invece enzimi che incorporano ossigeno nei prodotti ossidati. In questo ambito si hanno anche le MONOSSIGENASI, che incorporano un solo atomo dell’ossigeno molecolare

TOSSICITA’ DELL’OSSIGENO PARZIALMENTE RIDOTTO La completa riduzione dell’ossigeno molecolare ad acqua necessita di 4 elettroni; in realtà spesso il metabolismo ossidativo genera specie parzialmente ridotte dell’ossigeno che sono MOLTO REATTIVE e quindi più tossiche dell’ossigeno stesso La riduzione dell’ossigeno con un solo elettrone forma lo IONE SUPEROSSIDO (O2- ); l’aggiunta di un altro elettrone porta alla formazione del PEROSSIDO DI IDROGENO (H2O2)

L’aggiunta di un ulteriore terzo elettrone scinde l’ossigeno a formare il RADICALE OSSIDRILICO (OH- ) ed uno ione idrossido Queste specie parzialmente ridotte dell’ossigeno sono note con il termine ROS (REACTIVE OXYGEN SUBSTANCES) Tutte queste specie vengono prodotte nell’ambiente intracellulare e debbono essere convertite in specie meno reattive al fine di non danneggiare l’organismo PARADOSSO DELL’OSSIGENO

Le ROS danneggiano i lipidi di membrana (PEROSSIDAZIONE LIPIDICA), ma anche le proteine Sono evidenti anche danni ossidativi a carico della struttura del DNA in cui i radicali idrossilici determinano rotture dei filamenti, che non possono essere riparate, e conseguente morte cellulare per interruzione della replicazione cromosomica

Le cellule possiedono una serie di meccanismi tesi alla protezione dal danneggiamento dello stress ossidativo Esistono i cosiddetti ANTIOSSIDANTI che possono intercettare le ROS oppure ridurre i composti ossidati

O2- + O2- + 2H+  H2O2 + O2 Meccanismi enzimatici SUPEROSSIDO DISMUTASI Metalloproteine che catalizzano la dismutazione (una reazione in cui due molecole di substrato identiche subiscono destini differenti): O2- + O2- + 2H+  H2O2 + O2 Una forma di questo enzima contiene rame e zinco e si trova nel citoplasma degli eucarioti, mentre la isoforma che contiene manganese si trova nel mitocondrio e nei batteri

H2O2  H2O + O2 Meccanismi enzimatici CATALASI Enzima ad ampia distribuzione che metabolizza il perossido di idrogeno. La catalasi è una proteina con gruppo eme che ha un turnover molto elevato (più di 40000 molecole al secondo) H2O2  H2O + O2

Meccanismi enzimatici ASCORBICO PEROSSIDASI Ampiamente distribuite nelle piante e riducono il perossido di idrogeno ad acqua a spese di un substrato organico