I radicali liberi dell’ossigeno e gli antiossidanti

1. I radicali liberi dell’ossigeno e gli antiossidanti Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

2. Produzione di radicali liberi dell’ossigeno R·+ R’ R + R·’ Tossicità dell’ossigeno Radicali liberi Atomi o molecole che contengono un numero dispari di elettroni, ossia che posseggono uno o più elettroni spaiati nell’orbita esterna. Le specie radicaliche sono molto reattive dal momento che tendono ad accoppiare l’elettrone spaiato con un altro di spin opposto strappato ad un’altra molecola. Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

3. L’ossigeno può essere ridotto per aggiunta di un elettrone alla volta producendo tutte le corrispondenti forme intermedie chiamate generalmente SPECIE REATTIVE DELL’OSSIGENO (REACTIVE OXYGEN SPECIES, ROS) Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

4. Riduzione monovalente dell’ossigeno molecolare 1O2 Fenton Ossigeno singoletto Fe2+ Quando all’ossigeno è fornita sufficiente energia da invertire lo spin e- e- + 2H+ e- + H+ H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH + •OH e- + H+ O2.- H2O2 H2O O2 .OH Fe3+ + O2•  Fe2+ + O2 H2O Anione superossido Perossido di idrogeno Radicale idrossile Haber-Weiss 2O2•+ 2H+H2O2 + O2 SOD O2•+ H2O2 OH + •OH + O2 ROS: prodotti della riduzione incompleta dell’ossigeno molecolare • anione superossido (O2·- ) • perossido di idrogeno (H2O2) • radicale idrossile (·OH) Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

5. La pericolosità dell’ossigeno dipende anche: • dagli idroperossidi (LOOH); • dai radicali perossilici (ROO·) e alcossilici (RO·). Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

6. Radicali liberi Acidi grassi insaturi Acidi nucleici Proteine Enzimi Polisaccaridi Perossidazione Basi modificate Inattivazione Denaturazione Polimerizzazione Depolimerizzazione Alterazioni delle membrane Mutazioni Alterazioni varie strutturali e metaboliche …su quali molecole biologiche agiscono i radicali liberi? Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

7. Negli organismi animali o vegetali si possono realizzare dei processi perossidativi nei quali possono anche intervenire enzimi specifici (cicloossigenasi, lipossigenasi). Azione sulle proteine I radicali liberi modificano o distruggono gli aminoacidi che compongono le proteine. Gli aminoacidi più sensibili sono quelli contenenti zolfo (cisteina, cistina, metionina) e quelli aromatici (fenilalanina, tirosina, istidina e triptofano). Altri prodotti di degradazione amplificano il danno. Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

8. Azione sugli acidi nucleici I radicali liberi possono interagire con il DNA e con gli altri acidi nucleici provocando una serie di danni che vanno dallo svolgimento e frammentazione delle catene polinucleotidiche al distacco delle basi azotate o all’alterazione della loro struttura. Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

9. Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

10. Spazio intermembrane e- e- e- e- e- c IV III H2O ½ O2 H+ ATP ADP + Pi Membrana esterna Matrice DY DpH R O S Spazio intermembrane Membrana interna R O S H+ H+ H+ H+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + M.M.I. FAD - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ATPasi II FMN Q NAD+ FUM SUCC NADH +H+ I H+ H+ H+ Matrice Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

11. Stato di riduzione Intermedi C.R. DY (DpH) ATP ROS Sistemi dissipativi Calore + -

12. Prevenzione della produzione di ROS • La catena di trasporto elettronico mitocondriale è mantenuta adeguatamente • ossidata dall’attivazione dei sistemi dissipativi: • Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP). • Nei mitocondri vegetali funzionano anche altri sistemi dissipativi: • Ossidasi Alternativa (AOX) • Plant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoKATP) Strategie di difesa dei mitocondri contro lo stress ossidativo

13. H+ e- e- e- e- e- H+ H+ H+ c IV III H+ H+ H+ H+ H2O ½ O2 Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP) DY ROS Tessuto adiposo bruno degli animali ibernanti DpH Spazio intermembrane + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + UCP acidi grassi M.M.I. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - FAD FMN II Q NAD+ FUM SUCC NADH +H+ I Matrice Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

14. e- e- e- e- e- e- e- c NAD(P)H DH ex IV III NAD(P)H DH in 1 O2 2 H2O H+ Ossidasi Alternativa (AOX) Aracee (Arum pictum L. Fil.) ROS DY Spazio intermembrane DpH H+ H+ H+ H+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - M.M.I. FMN FAD - - - - - - - - - - - Q ATPasi II 1 O2 2 H2O FUM SUCC I NADH +H+ NAD+ AOX ATP ADP + Pi H+ H+ H+ Matrice Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

15. K+ e- e- e- e- e- H+ c IV III K+ H+ H2O ½ O2 Plant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoKATP) DY ROS Frumento duro (Triticum durum Desf.) DpH Spazio intermembrane H+ H+ H+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - PmitoKATP K+/H+ M.M.I. FMN - - - - - - - - - Q FAD II I NAD+ NADH +H+ FUM SUCC H+ H+ H+ Matrice Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

16. Sistemi di detossificazione dei ROS Sistemi endogeni Sistemi esogeni ed endogeni Enzimi antiossidanti Enzimi di riparazione Antiossidanti Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

17. Serie di enzimi metallo-proteici che catalizzano la dismutazione dell’anione superossido. O2·- + O2·- + 2H+ O2 + H2O2 E’ presente in tutti gli organismi aerobi. Sono enzimi che servono ad eliminare l’acqua ossigenata. Catalasi: presente in tutti gli organismi aerobi. H2O2 + H2O2 2 H2O + O2 Perossidasi: agiscono con un meccanismo simile a quello della catalasi, con la differenza che interviene un substrato ridotto. H2O2 + AH2 2 H2O + A E’ meno diffusa della catalasi nei tessuti animali. Sistemi enzimatici I principali sistemi antiossidanti di natura enzimatica sono: Superossido dismutasi (SOD) Catalasi e Perossidasi Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

18. ANTIOSSIDANTE: composto che protegge i sistemi biologici dai possibili effetti dannosi di processi o reazioni che causano eccessiva ossidazione Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

19. a-tocoferolo Acido ascorbico Composti fenolici Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

20. Tra gli antiossidanti si possono annoverare una serie di composti di diverso tipo che si possono distinguere in: Antiossidantidi origine naturale • Composti fenolici (flavonoidi e acidi fenolici) • Tocoferoli, tocotrienoli • Carotenoidi (- carotene) • Vitamina C • Minerali (Selenio) • Peptidi (Glutatione) Antiossidanti di sintesi • Trolox • Butilidrossianisolo (BHA) • Butilidrossitoluene (BHT) Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

21. I meccanismi di azione degli antiossidanti possono essere diversi: • Scavenger dei diversi tipi di radicali • Agenti riducenti • Complessanti dei metalli pro-ossidanti • Inibitori di enzimi che producono radicali Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

22. ROS Antiossidanti Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

23. Un metodo per la valutazione dell’AA è tanto migliore quanto più è adeguato a riconoscere contemporaneamentediverse possibili funzioniantiossidantidi una miscela di composti, utilizzando un approccio che si avvicina il più possibile allecondizioni fisiologiche. Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

24. Metodo ORAC Metodo TEAC (ABTS) C R I R S S R R I S S R S R C R C S S I R S I R C S R R S I S R R S C I S S S R R C Meccanismi di azione degli antiossidanti Scavenger dei diversi tipi di radicali(S) Agenti riducenti(R) Complessanti dei metalli pro-ossidanti(C) Inibitori di enzimi che producono radicali(I) Metodo LOX/RNO TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity) ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity) LOX/RNO (Lipossigenasi/4-Nitroso-N,N-dimetilanilina) Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

25. Science 2003 vol. 301, 1165 Juan Ponce de León Nature 2003 vol. 425, 132-133 Fonte della giovinezza Seminario DIOR 25 Febbraio 2011