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. 1

Specie reattive  Difese antiossidanti  Lo stress ossidativo è la conseguenza di uno squilibrio tra processi pro-ossidanti e processi antiossidanti (Sies, 1991) Specie reattive  Difese antiossidanti  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 Danno cellulare Invecchiamento precoce Malattie cardiovascolari Altre malattie Demenza, M. di Parkinson Infiammazioni, tumori Danno tissutale Danno d’organo Danno sistemico 2

O2- (anione superossido), O2H (radicale idroperossido); Nei sistemi biologici, i radicali liberi dell’ossigeno o ROS (Reactive Oxygen Species) vengono generati ed eliminati continuamente. I principali ROS sono: O2- (anione superossido), O2H (radicale idroperossido); OH (radicale idrossilico); NO (monossido d’azoto); ONOO- (anione perossinitrito). Esistono altre molecole, quali H2O2 (perossido d’idrogeno) e HOCl (acido ipocloroso) che pur non essendo radicali di per sé, producono facilmente il radicale idrossilico, altamente reattivo 3

Le specie chimiche reattive, radicaliche, agiscono come ossidanti + Radicale (ossidante) A Nuova molecola (ridotta, stabile) Molecola bersaglio (doppio legame C-C) C Nuovo radicale (ossidante) Elettrone spaiato OSSIDAZIONE L’ossidazione, ovvero il trasferimento di uno o più elettroni, è la base chimica dello stress ossidativo 4

REAZIONI DI RADICALI LIBERI INIZIO: formazione di radicali liberi PROPAGAZIONE: i radicali liberi reagiscono con altre molecole per produrre altri radicali liberi TERMINAZIONE: i radicali 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 7

Gli effetti dello stress ossidativo sulla struttura e sulle funzioni cellulari Cellula normale (senza lesioni) Cellula dopo l’attacco dei ROS Perossidazione di lipidi Modificazioni enzimatiche del DNA Denaturazione di proteine Perossidazione ammi- noacidi e proteine (Per)ossidazione di carboidrati 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.    10

(acidi grassi polinsaturi) perossidazione dei PUFA (acidi grassi polinsaturi) RADICALI LIBERI 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   12

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: Vitamina C Vitamina E Carotenoidi (b-carotene) Non vitaminici: Carotenoidi Polifenoli

Meccanismo d’azione degli antiossidanti Inquinanti, fumo, radiazioni, metalli pesanti, farmaci, alcool, ischemia-riperfusione, … Antiossidanti preventivi Bloccano la formazione dei radicali 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 Riparano il danno e ricostituiscono le membrane Danno ossidativo Invecchiamento, malattie

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 Scavenger nei confronti dei radicali HO• e O2•

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