Equilibrio Redox PARADOSSO DELL OSSIGENO: indispensabile per vita aerobia genera specie reattive dell ossigeno (ROS)
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- Albana Leonardi
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1 Equilibrio Redox PARADOSSO DELL OSSIGENO: indispensabile per vita aerobia genera specie reattive dell ossigeno (ROS) Altera tutte le molecole biologiche (DNA, RNA, proteine, lipidi.) 1
2 Radicali endogeni Ossidanti e - e - e - e - O 2 O -. 2 H 2 O 2 OH -. + OH 2H + 2H + H 2 O 1) catena di trasporto degli elettroni 2) difesa immunitaria aspecifica (NADPH ossidasi) 3) sistema della xantina ossidasi Radicali esogeni Fumo di sigaretta, radiazioni, ozono e farmaci Un uomo di 60 Kg produce nmol O 2- /die (2-3% dell O 2 presente nel mitocondrio) 2
3 Specie reattive dell ossigeno (ROS) Radicale libero: qualsiasi specie con uno o più elettroni spaiati (anche l ossigeno è un radicale) sono fortemente reattivi Le specie reattive dell ossigeno (ROS) sono dei composti ad elevata attività ossidante, che hanno forte tendenza a donare ossigeno ad altre sostanze. Alcuni importanti ROS negli organismi viventi sono: Radicale idrossilico, OH. Anione superossido, O 2 - Acqua ossigenata, H 2 O 2 3
4 SUPEROSSIDO O H + + e - H 2 O 2 Si genera da: 1) catena di trasporto degli elettroni 2) reazioni enzimatiche 3) reazioni non enzimatiche Reazione di Fenton Fe 2+ + O 2 Fe 3+ + O 2 - Xantina ossidasi xantina + O 2 urato + 2H + + O 2 - NADPH perossidasi NADPH + 2O 2 NADP + + H + + 2O 2 - Perossidasi nei fagociti PEROSSIDO DI IDROGENO H 2 O 2 + H + + e - H 2 O + OH. Si genera per dismutazione del superossido (SOD) 2O H + O 2 + H 2 O 2 Viene scisso in acqua + ossigeno da catalasi Attraversa più facilmente le membrane 4
5 RADICALE IDROSSILE OH. + e - OH - Si genera dalla reazione di Fenton Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH. + OH - Fe 3+ + O 2 - O 2 + Fe 2+ O H 2 O 2 O 2 + OH. + OH - METALLI Sono radicali Danno la reazione di Fenton Iniziano perossidazione lipidica 5
6 Antiossidanti Difese enzimatiche: Superossido dismutasi 2O H + H 2 O 2 + O 2 citosol (Cu 2+ e Zn 2+ ) mitocondrio (Mn 2+ ) (nel muscolo) dopo esercizio fisico proporzionale ad intensità Catalasi 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 Glutatione perossidasi ROOH + GSH ROH + GSSG con esercizio 6
7 Antiossidanti Difese non enzimatiche molecole a basso PM (scavengers) Tocoferoli e carotenoidi (perossidazione lipidica) Vitamina C, glutatione, ac. urico, tioli (idrosolubili) AH + ROO. A. + ROOH A. + R. AR radicale più stabile ROO. tocoferolo ascorbile GSH ROOH tocoferile ascorbato GS. Vit. C riduce Fe e Cu Vit. E acidi grassi Supplementi inutili se dieta è equilibrata 7
8 Equilibrio Redox Ossidanti eccedono i sistemi di difesa : Danno cellulare e morte irreversibile Ossidanti Antiossidanti reversibile Piccole variazioni nei livelli di ROS : Signalling cellulare Espressione genica Cambiamenti nel metabolismo 8
9 BERSAGLIO Proteine Lipidi Metabolismo aumentato Attività ridotta Danno alle membrane Danno alle lipoproteine CONSEGUENZA danno cellulare DNA mutazioni aterosclerosi 9
10 PEROSSIDAZIONE LIPIDICA Attacca acidi grassi polinsaturi Radicale centrato sul carbonio + H + (INIZIAZIONE) Diene coniugato Radicale alchilperossile + O 2 OO - + H + perossido PROPAGAZIONE OOH TERMINAZIONE (due radicali reagiscono fra loro) 10 tra cui pentano
11 Stress ossidativo ed esercizio Elevata intensità aumento di 10 volte in radicali 1978: 75% VO 2 max > 80% escrezione polmonare pentano (idrocarburo = perossidazione lipidica) Canale di rilascio del calcio (ox apertura) Ca 2+ -ATPasi del reticolo sarcoplasmatico (ox < attività) Re-uptake Ca 2+ (ox inibito) Interazione actina-miosina (ox inibisce) 11
12 Stress ossidativo ed esercizio Dolore, crampi, gonfiore microlesioni (esercizio eccentrico + reazione infiammatoria) Edema PCK nel plasma Enzimi muscolari dopo poche ore anche per 2-3 settimane Muscolo attivo produzione ROS aumenta (muscolo, leucociti) infiammazione muscolare (neutrofili) - evidente in soggetti allenati (> attività enzimi antiossidanti) 12
13 Ossido nitrico ed esercizio Specie reattive dell azoto NO S-nitrosotioli Nitrati e nitriti perossinitrito Distretto vascolare Sistema nervoso Sistema immunitario NO sintasi (NOS) RSH, FAD, FMN, biopterina L-arginina + O 2 + NADPH L-citrullina + NADP + NO 13
14 Ossido nitrico ed esercizio Aumenta irrorazione sanguigna (vasodilatazione) velocità contrazione captazione di glucosio glicolisi Nitrosazione diminuisce cgmp aumenta inibisce contrazione diminuisce stress da esercizio (citocromo c ossidasi, creatin chinasi, ATPasi, complesso I della catena respiratoria) Effetto protettivo dell ossido nitrico 14
15 Stress ossidativo e termico Temperature elevate sintesi proteica rallenta proteine da stress termico (chaperons) Heat Shock Protein 70 (HSP70) protegge da morte da ischemia 15
16 Stress response ed esercizio Esercizio acuto e cronico Heat shock factor (HSF) e HSP72 singolo carico di esercizio acuto: no risposta acuta, ma processo adattativo a lungo termine Stato ATP alterato Omeostasi del calcio Ipossia Radicali ph Ipoglicemia Danno cellulare Protezione contro proteotossicità 16
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