STRESS OSSIDATIVO. PROOSSIDANTI e ANTIOSSIDANTI

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1 STRESS OSSIDATIVO PROOSSIDANTI e ANTIOSSIDANTI

2 PROOSSIDANTI

3 PROOSSIDANTI Molecole altamente reattive che, alla ricerca della stabilità, sono in grado di reagire e di danneggiare tutte le biomolecole dell organismo umano. La maggior parte sono molecole radicaliche. Le sostanze proossidanti esogena che endogena. possono avere sia origine

4 RADICALE LIBERO DEFINIZIONE: molecola che contiene uno o più elettroni spaiati nell orbitale di legame. I radicali reagiscono con altre molecole allo scopo di catturare gli elettroni necessari al raggiungimento della stabilità. Alcune specie radicaliche sono estremamente reattive mentre altre risultano relativamente inerti.

5 ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVE ESOGENA Fumo di sigaretta (NO. NO 2. ) Inquinamento ambientale Radiazioni elettromagnetiche (. OH) Diete sbilanciate con eccessivo contenuto di Fe o Cu (reazione di Fenton) Farmaci, pesticidi, anestetici (nei sistemi di detossificazione) Luce ultravioletta

6 ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVE ENDOGENA 1. Respirazione cellulare ROS (Reactive Oxygen Species)

7 ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVE ENDOGENA 2. Fagocitosi (NO., O 2 -., H 2 O 2, OCl - ) 3. Perossisomi (H 2 O 2 ) 4. Sistema di detossificazione che coinvolge il cyt P Cascata dell acido arachidonico 6. Esercizio fisico 7. Processi infiammatori 8. Ischemia/riperfusione

8 ROS: REACTIVE OXYGEN SPECIES Radicaliche e non radicaliche OSSIGENO TRIPLETTO O 2 ORBITALI π σ radi cale SI ossidan te NO ANIONE SUPEROSSIDO O 2 - SI SI PEROSSIDO D IDROGENO H 2 O 2 NO SI RADICALE IDROSSILE HO SI SI ACQUA H 2 O NO NO OSSIGENO SINGOLETTO 1 O 2 NO SI

9 ANIONE SUPEROSSIDO O 2 -. Generato: SPECIE RADICALICHE accidentalmente nella catena di trasporto degli e - nei mitocondri e nei microsomi intenzionalmente dalle cellule fagocitarie tramite le ossidasi NADPH-dipendente reattività bassa, diffusione alta partecipa alla reazione di Fenton in grado di rilasciare Fe ++ dai depositi di ferritina trasformato a H 2 O 2 dalla SOD nel citoplasma e nei mitocondri

10 SPECIE RADICALICHE RADICALE IDROSSILE Generato: HO nella catena di trasporto degli e - nei mitocondri per azione delle radiazioni elettromagnetiche in presenza di metalli di transizione O Fe +++ Fe ++ + O 2 reazione di Fenton Fe ++ + H 2 O 2 Fe HO + HO - O H 2 O 2 O 2 + HO + HO - reazione di Haber-Weiss Reattività alta, diffusione limitata

11 SPECIE RADICALICHE OSSIDO NITRICO Generato: NO macrofagi e neutrofili durante i processi infiammatori dalle cellule endoteliali con funzione di modulatore della contrazione a livello dei vasi La sua tossicità è legata alla formazione di perossinitrato: NO + O 2 - ONOO - RADICALI PEROSSILICI ROO. Generati durante la perossidazione lipidica Non molto reattivi ma altamente diffusibili

12 PEROSSIDO DI IDROGENO H 2 O 2 Generato: SPECIE NON RADICALICHE enzimaticamente dalla SOD a partire da O 2 -. enzimaticamente dalle xantina ossidasi dei perossisomi nella catena di trasporto degli e - nei mitocondri Diffonde velocemente E degradato dalla catalasi nei perossisomi OSSIGENO SINGOLETTO 1 O 2 Prodotto principalmente per fotoeccitazione in presenza di un iniziatore come le clorofille Può reagire con doppi legami, per esempio degli acidi grassi producendo idroperossidi

13 EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE CARBOIDRATI: Sottrazione casuale di un H da un C della catena polisaccaridica con formazione di un radicale centrato sul C che in presenza di O 2 può dare origine a radicali perossilici (ROO ) frammentazione e depolimerizzazione

14 EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE PROTEINE: ossidazione gruppi -SH (NO, HO, ONOO - ) ossidazione di alcuni AA (HIS, ARG, LYS, PRO) liberazione del Fe per degradazione degli anelli porfirinici (H 2 O 2 ) perdita di funzionalità e danno indiretto (es DNA) Markers di ossidazione: Determinazione di proteine con gruppi carbonilici tramite reazione con 2,4 dinitrofenilidrazina; Determinazione di singoli AA ox come la 2-ossiHYS.

15 EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE ACIDI NUCLEICI: Idrossilazione delle basi per addizione del radicale OH o sottrazione di un H dalla molecola saccaridica.

16 EFFETTO SULLE BIOMOLECOLE PEROSSIDAZIONE LIPIDICA E la classe di biomolecole più suscettibile all attacco dei radicali L autossidazione avviene a carico degli acidi grassi presenti nelle membrane cellulari o nelle lipoproteine La suscettibilità aumenta all aumentare dei doppi legami I cicli di propagazione nella membrana sono di solito non più di 2-3 La reazione di perossidazione porta alla formazione di prodotti secondari tossici o cancerogeni come aldeidi, chetoni,. L iniziatore principale è HO Markers di perossidazione: MDA e 4-idrossinonenale.

17 PEROSSIDAZIONE LIPIDICA

18 PEROSSIDAZIONE LIPIDICA: ossidazione delle LDL

19 TEORIA OSSIDATIVA DELL ATEROSCLEROSI Le LDLox inibiscono la motilità dei macrofagi, richiamano altri monociti circolanti, sono citotossiche, inducono proliferazione delle cellule muscolari ecc..

20 ANTIOSSIDANTI

21 ANTIOSSIDANTE Sostanza che, pur presente in concentrazione ridotta rispetto al substrato ossidabile, può prevenire o ritardare l ossidazione iniziata da un fattore proossidante Le molecole antiossidanti, reagendo con i radicali, si trasformano esse stesse in radicali che hanno però la caratteristica di essere più stabili e meno reattivi. Possono essere: endogeni, sintetizzati dall organismo umano esogeni, introdotti con la dieta.

22 MODALITA DI AZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTI PRIMARI Prevengono la formazione di specie radicaliche Sequestrano i metalli di transizione SECONDARI Reagiscono con radicali formati e li convertono in forme meno reattive interrompendo la reazione a catena

23 CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTI ENDOGENI ENZIMI: SOD, catalasi, glutatione perossidasi PROTEINE: proteine-sh, leganti metalli (Fe, Cu) ALTRE MOLECOLE: acido urico, bilirubina, ubichinone (coenzima Q10)...

24 CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTI ESOGENI VITAMINICI: Vitamina C Vitamina E Carotenoidi (con funzione di provitamina A) Vitamina B 2 (riboflavina) NON VITAMINICI: Carotenoidi Polifenoli Minerali (Se, Cu, Zn, Mn, Fe)

25 ANTIOSSIDANTI ENDOGENI SUPEROSSIDO DISMUTASI (SOD) ENZIMATICI, CELLULARI È il principale antiossidante cellulare che mantiene bassa la concentrazione di O 2 - Funziona in collaborazione con la catalasi e la glutatione perossidasi

26 ANTIOSSIDANTI ENDOGENI ENZIMATICI, CELLULARI CATALASI (CAT) 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 E una eme-proteina (contenente Fe) presente nei perossisomi e nel citosol degli RBC Insieme alla SOD permette la rapida detossificazione del O 2 -

27 ANTIOSSIDANTI ENDOGENI ENZIMATICI, CELLULARI GLUTATIONE PEROSSIDASI (GSH-Px) 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 ROOH ROH + H 2 O 2 GSH GSSG GLUTATIONE REDUTTASI NADP + NADPH 2 E una Se-proteina presente nel citosol. E il principale detossificatore di H 2 O 2 della cellula. La GSH reduttasi eritrocitaria è B 2 dipendente.

28 PROTEINE -SH: ANTIOSSIDANTI ENDOGENI NON ENZIMATICI Agiscono principalmente come antiossidanti plasmatici. Acquistano un e - dando vita ad un radicale sulfidrilico (-S ) più stabile. Il GSH è abbondante nel citosol, nel nucleo e nei mitocondri ed è presente anche a livello plasmatico. Può reagire anche non enzimaticamente con radicali (ONOO -, tocoferile, ascorbile).

29 ANTIOSSIDANTI ENDOGENI NON ENZIMATICI PROTEINE LEGANTI Cu-Fe: Proteine di trasposto: transferrina (2Fe +++ ) e ceruloplasmina (Cu ++ ) Proteine di deposito del Fe: ferritina (FeOOH) e emosiderina Condizioni di acidosi quali ischemie, emorragie, traumi, possono promuovere il distacco dei metalli. BILIRUBINA: Prodotto di degradazione dell anello eme che è prima convertito a biliverdina dall EME ossigenasi (P450) e poi red a bilirubina da un enzima citoplasmatico. Ne esistono varie forme plasmatiche, libera, coniugata, legata all albumina e tutte hanno dimostrato di bloccare i radicali perossilici a livello plasmatico, proteggendo anche le LDL dall ossidazione.

30 ANTIOSSIDANTI ENDOGENI NON ENZIMATICI ACIDO URICO: Prodotto finale del catabolismo delle purine. In grado di chelare i metalli e di ridurre l ozono funzionando da antiossidante del tratto respiratorio. Presente in concentrazione 3-4 volte quella dell acido ascorbico si è ipotizzato che supplisca la perdita di capacità di sintetizzare acido ascorbico da parte dell uomo. UBICHINONE O COENZIMA Q10 Coenzima trasportatore di e - liposolubile, reversibilmente riducibile, costituito da una lunga catena laterale isoprenoide. Antiossidante liposolubile, presente nelle membrane cellulari, mantiene in forma ridotta la vitamina E.

31 ANTIOSSIDANTI ESOGENI VITAMINICI ACIDO ASCORBICO (Vitamina C) È il principale antiossidante extracellulare L ossidazione dell ascorbato avviene in due fasi: 1. formazione del monodeidroascorbato, radicale scarsamente reattivo, rigenerato dalla NADPH deidroascorbato reduttasi; 2. formazione del deidroascorbato, rigenerato dall ascorbico reduttasi-gsh.

32 ANTIOSSIDANTI ESOGENI VITAMINICI ACIDO ASCORBICO (Vitamina C) È in grado di reagire con: O 2 -,HO, H 2 O 2, 1 O 2, come antiossidante primario ; ROO, come antiossidamte secondario; Può rigenerare il radicale tocoferile sulla superficie delle membrane e delle LDL. Attività prossidante: in presenza di metalli di transizione può comportarsi da ossidante riducendoli e dando origine a specie reattive. FONTI ALIMENTARI Vegetali freschi e agrumi, ma anche fegato, latte, carni e pesce.

33 ANTIOSSIDANTI ESOGENI VITAMINA E VITAMINICI

34 ANTIOSSIDANTI ESOGENI VITAMINA E VITAMINICI Sostanza liposolubile. È il principale radical-scavenger delle membrane e delle lipoproteine. Agisce bloccando i radicali perossilici formatisi durante la perossidazione lipidica. Può essere rigenerato dall acido ascorbico e dal GSH. FONTI ALIMENTARI Oli vegetali, frutta secca, cereali integrali e alcuni ortaggi (broccoli, spinaci ).

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36 ANTIOSSIDANTI ESOGENI CAROTENOIDI NON VITAMINICI Sono un ampio gruppo di pigmenti rossi, arancio e giallo presenti negli alimenti, soprattutto frutta e vegetali. Sono sostanze liposolubili. Alcuni hanno attività vitaminica (es. β-carotene). Presenti nelle membrane cellulari e veicolati dalle lipoproteine. Proteggono le LDL dall ossidazione.

37 ANTIOSSIDANTI ESOGENI CAROTENOIDI Bloccano i radicali, tra cui anche l 1 O 2, tramite diversi meccanismi: trasferimento del e -, nel caso del tocoferile; addizione del radicale alla molecola, nel caso di radicali tiolici (GSH) e perossilici; trasferimento fisico dell energia al carotenoide e dissipamento di questa come calore, nel caso del 1 O 2. Sono efficienti a basse tensioni di O 2, mentre quando la tensione aumenta aumenta anche la capacità dei carotenoidi di reagire con l O 2 portando a prodotti finali che propagano la reazione di perossidazione. FONTI ALIMENTARI NON VITAMINICI Verdura, frutta, alcuni cereali, tracce negli oli vegetali.

38 SELENIO cofattore della GSHpx, contenuto in prodotti di origine animale e vegetale principale fonte italiana derivati del frumento duro MANGANESE cofattore della SOD mitocondriale RAME ZINCO FERRO ANTIOSSIDANTI ESOGENI MINERALI principali fonti italiane, cereali integrali, vino, tè e legumi cofattore insieme allo Zn della SOD citoplasmatica principali fonti italiane, prodotti amidacei, frutta, carne, pesce e uova cofattore insieme allo Cu della SOD citoplasmatica principali fonti italiane, carne, interiora, pesce, latte e derivati e cereali costituente della catalasi principali fonti italiane, carne, pesce, verdure, cereali e derivati.

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40 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. Sono presenti negli alimenti in forma libera, esterificata con gruppi metilici ed etilici e con zuccheri.

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42 3' 8 7 A O C ' 1' 2 3 B 4' 5' Struttura dei flavonoidi 6' R 3 R 2 R 4 R 1 O OH R 3 R 2 R 4 R 1 O OH Struttura degli acidi fenolici bloccare i radicali liberi legare i metalli di transizione inibire l ossidazione delle LDL rigenerare il radicale tocoferile

43 Scheletro base Classe Fonti alimentari Composti C6 Fenoli semplici Ampiamente distribuiti C6-C1 Acidi benzoici Anice, rosmarino, timo, maggiorana, lampone, ribes, finocchio, vaniglia, mirtillo Catecolo, idrochinone, resorcinolo Salicilico, paraidrossibenzoico, vanillico, siringico, protocatecuico, gallico C6-C2 Acidi fenilacetici Ampiamente distribuiti p-idrossifenilacetico C6-C3 Acidi cinnamici C6-C3-C6 Flavonoidi Ciliegie, prugne, mirtilli, lamponi, ananas, pomodori, mele, cereali Ferulico, caffeico, clorogenico, o-cumarico, m-cumarico, p- cumarico Flavoni Limoni, olive, peperoni, cereali Luteolina, crisina, apigenina Flavonoli Mele, pere Quercetina,campferolo Flavonoli glicosidi Flavanonoli Flavanoni Flavanoni glicosidi Antocianidine Flavanoli (catechine) Calconi Cipolla, buccia di mela, uva nera, tè, broccoli Uva Pompelmo, arance, limoni, pomodori Limone, arance, fragole Frutti di bosco, ciliegie, prugne, cavolo rosso, melanzane, cipolle, ravanelli Mele,pere,uva,pesca Mele, pere, pomodoro Rutina Diidroquercetina, diidrocampferolo glicoside Esperitina, naringenina Esperidina, neoesperidina, narirutina, naringina, criocitrina Cianidina, peonidina, delfinidina, petunidina, malvidina Catechina,epicatechina, gallocatechina, epigallocatechina Arbutina,floretina, calconaringenina (C6-C3) 2 Lignine Pinoresinolo Fonti alimentari dei polifenoli (C6-C3-C6) 2 Biflavonoidi Agatisflavone

44 PROOSSIDANTI ANTIOSSIDANTI STRESS OSSIDATIVO: sbilanciamento dell equilibrio equilibrio tra proossidanti e antiossidanti nell organismo a favore dei proossidanti.