Stress ossidativo
Lo stress ossidativo è un concetto introdotto per la prima volta nella teoria di Denham Harman nel 1956,[1] che indica una condizione patologica, in un organismo vivente, causata dalla rottura dell'equilibrio fisiologico fra la produzione e l'eliminazione di specie chimiche ossidanti, da parte dei sistemi di difesa antiossidanti.
Secondo tale teoria, tutte le forme di vita mantengono un ambiente riducente entro le proprie cellule; l'ambiente cellulare redox è preservato da enzimi che mantengono lo stato ridotto attraverso un costante input di energia metabolica. Eventuali disturbi in questo normale stato redox possono avere effetti tossici per la produzione di perossidi e radicali liberi che danneggiano tutti i componenti della cellula, incluse proteine, lipidi e DNA. Le specie ossidanti e i radicali liberi svolgono importantissimi ruoli fisiologici, quali la difesa nei confronti dei batteri, la trasmissione dei segnali biochimici fra le cellule, il controllo della pressione arteriosa ecc.
È solo il loro eccesso, generalmente riferito a una o più classi di ossidanti, a essere implicato nello stress ossidativo, oggi ritenuto associato a oltre cento patologie umane (quali fibroplasia retrolenticolare, aterosclerosi, ipertensione arteriosa, malattia di Parkinson, malattia di Alzheimer, diabete mellito, colite, artrite reumatoide, favismo[2], ecc.), e potrebbe inoltre essere importante nel processo di invecchiamento. Comunque, le specie reattive dell'ossigeno possono essere benefiche, come quando usate dal sistema immunitario come via per attaccare e uccidere patogeni e come una forma di comunicazione cellulare.
Le specie chimiche ossidanti possono:
- esibire o meno una natura radicalica, a seconda che possiedano o meno, rispettivamente, almeno un elettrone spaiato in uno degli orbitali più esterni;
- contenere atomi di vari elementi (ossigeno, carbonio, azoto, alogeni ecc.)
Quindi, i responsabili dello stress ossidativo non sono solo i radicali liberi dell'ossigeno. Possono provocare questa patologia specie sia radicali che non radicali (come, ad esempio, l'anione superossido e il perossido d'idrogeno) o su altri elementi, quali lo zolfo (ad esempio il radicale tiile) o il cloro (ad esempio acido ipocloroso).
Attacco delle Specie Reattive dell'ossigeno alle biomembrane
[modifica | modifica wikitesto]La formazione dei ROS (Reactive Oxygen Species, radicali liberi dell'ossigeno: l'anione superossido e il perossido d'idrogeno ) negli organismi viventi avviene a livello mitocondriale nello Stato IV della respirazione. Un eccesso di equivalenti riducenti nella catena respiratoria mitocondriale (CRM) si verifica in condizioni di eccesso di substrato tale da alimentare la stessa CRM in maniera superiore alle sue capacità di trasferimento degli elettroni all’ossigeno, a livello dei citocromi terminali. La predominanza degli elettroni in arrivo sull’ossigeno ne determina una riduzione incompleta per cui si formano specie dell’ossigeno con elettroni spaiati e reattivi, appunto: i ROS. Questi “cercano” altri elettroni con cui condividere i propri elettroni spaiati in doppietti elettronici stabili attaccando altre molecole circostanti più vulnerabili.
D’altra parte, nelle stesse membrane si trovano componenti i cui legami covalenti sono più facilmente attaccabili da parte dei ROS, come i doppi legami presenti nelle catene degli acidi grassi insaturi (proprio gli omega-2 ed omega-3) esterificati col glicerolo nelle molecole dei fosfolipidi componenti del bilayer fosfolipidico di membrana. Questi legami doppi si trovano in una configurazione detta bisallilica: non sono doppi legami coniugati ma sono separati da un legame semplice, quindi senza possibilità di risonanza tra loro. Ma un atomo di idrogeno viene più facilmente strappato dal metilene centrale perché la specie intermedia che si forma, riportata in figura, riesce a delocalizzare l’elettrone spaiato che rimane per risonanza su tre forme limite, rendendolo più stabile e quindi più facilmente formabile
L’elettrone solitario sul bisallile può reagire, a sua volta, con una molecola di acqua o di acqua ossigenata formando derivati ossidrilici (-OH) o idroperossilici (-OOH), e la cascata ossidativa può spingersi anche fino al troncamento della catena acilica e alla formazione di gruppi carbossilici (-COOH) terminali, su catene più brevi. Si verificano così molte possibilità di formazione di fosfolipidi ossidati nel doppio strato fosfolipidico, di cui alcune sono illustrate come segue:
L’interno del bilayer fosfolipidico è un ambiente totalmente idrofobico: lo potremmo considerare come un wafer di benzina rivestito esternamente da cuscini acquosi, formati dai gruppi fosfato idrofilici e fortemente idratati e affini agli ambienti acquosi. Ma questa “benzina” all’interno è fortemente repellente verso i gruppi idrofilici (-OH, -OOH, -COOH) formati in seguito all’attacco ossidativo. C’è una forte incompatibilità tra l’ambiente idrofobico e questi gruppi idrofilici: la loro natura contrastante li porterebbe a separarsi in due fasi distinte, come fa l’acqua nella benzina, ma non essendo ciò possibile, le catene aciliche vengono sconvolte ed aggrovilgiate nel tentativo di riunire i gruppi idrofilici (inoltre, tra di essi c'è la possibilità di stabilire legami idrogeno) in microambienti separati dalla fase idrocarburica. Si viene così a perdere l’ordine armonioso delle catene aciliche, normalmente allineate tra di loro, ed in lieve agitazione concertata, tipica del cristallo liquido.[3]
Ancora più grave è la situazione delle proteine integrali che sono inserite nelle membrane con i loro gruppi idrofobici a contatto con le catene aciliche, ed i loro gruppi idrofilici in interazione polare con i gruppi fosforici dei fosfolipidi. Le interazioni idrofobiche di queste proteine con l’interno del bilayer vengono sconvolte e anche i gruppi idrofobici delle proteine tendono a sfuggire ai gruppi idrofilici che hanno invaso l’ambiente idrofobico. Di conseguenza, la struttura terziaria delle proteine, che assicura la stereochimica corretta per la struttura del loro sito attivo, sede della loro attività enzimatica, viene sconvolta provocando la denaturazione del sito attivo e la perdita dell’attività enzimatica. Molte proteine integrali sono carrier ionici o trasportatori di altri metaboliti. La loro inattivazione provoca il blocco di attività enzimatiche vitali per le cellule e per l’organo di cui esse sono parte. Tutto questo costituisce la base molecolare dell’instaurarsi di patologie e dismetabolismi causati dallo stress ossidativo. Un sano controllo della presenza dei ROS è un baluardo essenziale per mantenere una buona salute. Infatti, la primissima osservazione del beneficio degli ossidanti naturale è il cosiddetto “paradosso francese”, che ha segnato il sorgere dell’astro del resveratrolo e degli antiossidanti naturali. Parallelamente, si sono sviluppati studi in vivo ed in vitro su membrane naturali e membrane modello, per definire il danno ossidativo di membrana e la sua connessione con varie patologie.[4]
Studio epr-spin labeling della stereodinamica di biomembrane modello e naturali lipoperossidate
[modifica | modifica wikitesto]Un primo approccio allo studio stereodinamico del bilayer fosfolipidico ossidato è rappresentato dall’esame della fluidità di membrana, e del suo gradiente di fluidità, utilizzando spin labels fosfolipidici marcati in tre differenti posizioni aciliche, C-5, C-12 e C-16, con il nitroxil spin label. (F. M. Megli and K. Sabatini Chem. Phys. Lipids 125 (2003) 161-172).[5]
Sono stati presi in esame diversi fosfolipidi, come riportato nella tabella, nella forma di vescicole fosfolipidiche (liposomi) e se ne è determinato il gradiente di fluidità (cfr. Risonanza Elettronica Paramagnetica – Spin Labeling). Diversi tipi di fosfolipidi hanno mostrato che non ci sono variazioni di fluidità di membrana in liposomi che contengono il 40% in moli di specie ossidata, in nessuna posizione acilica, sia con fosfolipidi sintetici (ASPC) che fosfolipidi naturali, come la lecitina di uovo (EYPC) e il lipidoma estratto da mitocondri di fegato di ratto (MtL).[3]
(F. M. Megli and K. Sabatini Chem. Phys. Lipids 125 (2003) 161-172).[6]
Sono stati presi in esame diversi fosfolipidi, come riportato nella tabella, nella forma divescicole fosfolipidiche (liposomi) e se ne è determinato il gradiente di fluidità (cfr. Risonanza Elettronica Paramagnetica – Spin Labeling). Diversi tipi di fosfolipidi hanno mostrato che non ci sono variazioni di fluidità di membrana in liposomi che contengono il 40% in moli di specie ossidata, in nessuna posizione acilica, sia con fosfolipidi sintetici (ASPC) che fosfolipidi naturali, come la lecitina di uovo (EYPC) e il lipidoma estratto da mitocondri di fegato di ratto (MtL).[3]
Altra proprietà del bilyer considerata è l’allineamento acilico, ovvero l’ordine interno del bilayer, utilizzando un altro tipo di membrana modello, il bilayer fosfolipidico planare su supporto solido (Supported Phosoholipid Bilayer, SPB). Nel capitolo Risonanza Elettronica Paramagnetica, Spin Labeling è spiegata l’utilità di questo modello di membrana lipidica per lo studio dell’ordine interno del bilayer tramite l’analisi delle variazioni dell’anisotropia spettrale EPR dei medesimi spin labels fosfolipidici (5-DSPC) ivi inclusi.
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ↑ Atti del convegno "Specie Reattive dell’Ossigeno (ROS): Biochimica, Patologia, Prevenzione, Laboratorio" - Palermo, 25 Maggio 2005. (PDF), su sibioc.it. URL consultato il 25 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 25 maggio 2019).
- ↑ Effect of Exercise on Oxidative Stress in Individuals with Glucose-6-phosphate Dehydrogenase Deficiency, su iv.iiarjournals.org.
- 1 2 3 Francesco M. Megli e Karen Sabatini, EPR studies of phospholipid bilayers after lipoperoxidation 1. Inner molecular order and fluidity gradient, in Chemistry and Physics of Lipids, vol. 125, n. 2003.
- ↑ Francesco M. Megli, Elena Conte e Luciana Russo, Comparative 5-doxylstearoyllecithin and 3-doxylcholestane EPR spin labeling study of phospholipid bilayer perturbation by different oxidized lecithin species, in Biochimica et Biophysica Acta, vol. 1798, n. 2010.
- ↑ Francesco M. Megli e Karen Sabatini, EPR studies of phospholipid bilayers after lipoperoxidation 1. Inner molecular order and fluidity gradient., in Chemistry and Physics of Lipids, vol. 125, n. 2003.
- ↑ Francesco M. Megli e Karen Sabatini, EPR studies of phospholipid bilayers afdter lipoperoxidation. 1. Inner molecular order and fluidity gradient, in Chemistry and Physics of Lipids, vol. 125, n. 2003.
Voci correlate
[modifica | modifica wikitesto]| Controllo di autorità | Thesaurus BNCF 78457 · LCCN (EN) sh2003008365 · GND (DE) 4353497-1 · BNE (ES) XX548655 (data) · BNF (FR) cb12569538s (data) · J9U (EN, HE) 987007563804005171 · NDL (EN, JA) 01149334 |
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