I radicali liberi dellossigeno e gli antiossidanti Seminario DIOR 25 Febbraio 2011.

I radicali liberi dell’ossigeno

e

gli antiossidanti

Seminario DIOR 25 Febbraio 2011

Radicali liberiAtomi 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.

Tossicità dell’ossigenoTossicità dell’ossigeno

Produzione di radicali liberi dell’ossigeno

R·+ R’ R + R·’


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)


ROS: prodotti della riduzione incompleta ROS: prodotti della riduzione incompleta dell’ossigeno molecolaredell’ossigeno molecolare

anione superossido (O2·- )

perossido di idrogeno (H2O2)

radicale idrossile (·OH)

Riduzione monovalente dell’ossigeno molecolare

O2

e- e- + 2H+ e- + H+e- + H+

O2.- H2O2 .OH

H2O

Fenton

H2O

1O2

Haber-Weiss

Quando all’ossigeno è fornita sufficiente energia da

invertire lo spin

Fe2+

H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH + •OH

Fe3+ + O2• Fe2+ + O2

O2• + H2O2 OH + •OH + O2

2O2• + 2H+

H2O2 + O2

SODSOD

Anione superossido

Anione superossido

Ossigeno singolettoOssigeno singoletto

Perossido di idrogenoPerossido

di idrogenoRadicale idrossileRadicale idrossile


La pericolosità dell’ossigeno dipende anche:

dagli idroperossidi (LOOH);

dai radicali perossilici (ROO·) e alcossilici (RO·).


…su quali molecole biologiche agiscono i radicali liberi?

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


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.

Negli organismi animali o vegetali si possono realizzare dei processi perossidativi nei quali possono anche intervenire enzimi specifici

(cicloossigenasi, lipossigenasi).


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.


R O S

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + +

Matrice

M.M.I. Qc

½ O2H2O

H+

ADP + Pi

ATP

IIFAD ATPasi

H+H+ H+ H+

H+H+ H+

Spazio intermembrane

III IV

FMN

I

e-

e- e-e-e-

Membrana esterna

Membrana interna

Matrice

Spazio intermembran

e

NADH +H+ NAD+

pH

SUCC FUM

R O S


ROSStato di

riduzioneIntermedi C.R.

pH)

Sistemi dissipativi

+ -

ATP

Calore

Strategie di difesa dei mitocondri contro lo stress ossidativo

La catena di trasporto elettronico mitocondriale è mantenuta adeguatamente

ossidata dall’attivazione dei sistemi dissipativi:

•Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP).Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP).

Nei mitocondri vegetali funzionano anche altri sistemi dissipativi:

•Ossidasi Alternativa (AOX) Ossidasi Alternativa (AOX)

•Plant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoKPlant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoKATPATP) )

Prevenzione della produzione di ROS

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + +

Matrice

M.M.I.Qc

½ O2H2O

IIFAD

H+ H+ H+

H+H+ H+


III IV

FMN

I

e-

e- e-e-e-

NADH +H+NAD+

pH

SUCC FUM


Mitochondrial Uncoupling Protein (UCP)

H+

H+

ROSTessuto adiposo bruno degli animali ibernantiTessuto adiposo bruno degli animali ibernantiTessuto adiposo bruno degli animali ibernantiTessuto adiposo bruno degli animali ibernanti

UCPacidi grassi

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + +

1 O2

2H2O

Matrice

M.M.I.Q

c

1 O2

2H2O

IIFAD

H+

ADP + Pi

ATP

H+H+ H+ H+

H+H+ H+


III IV

FMN

I

e-e- e-

AOX

NAD(P)H DH ex

NAD(P)H DH in

e-e-e-

pH


Ossidasi Alternativa (AOX)

NADH +H+

SUCC FUMNAD+

Aracee (Aracee (Arum pictumArum pictum L. Fil.) L. Fil.)Aracee (Aracee (Arum pictumArum pictum L. Fil.) L. Fil.)

ATPasi

e-

ROS

Plant Mitochondrial Potassium Channel (PmitoKATP)

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + +

Matrice

M.M.I.Q

c

½ O2H2O

IIFAD

H+ H+ H+

H+H+ H+


III IV

FMN

I

e-

e- e-e-e-

NADH +H+ NAD+

pH

SUCC FUM

ROS

PmitoKATP

K+

K+ H+

H+

K+/H+


Frumento duroFrumento duro (Triticum durum Desf.)Frumento duroFrumento duro (Triticum durum Desf.)

Sistemi di detossificazione dei ROS

Enzimi antiossidantiEnzimi di riparazione Antiossidanti

Sistemi endogeni Sistemi esogeni ed endogeni


Sistemi enzimatici

Catalasi e

Perossidasi

Superossido dismutasi (SOD)

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.

CatalasiCatalasi: presente in tutti gli organismi aerobi.

H2O2 + H2O2 2 H2O + O2

PerossidasiPerossidasi: 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.

I principali sistemi antiossidanti di natura enzimatica sono:


ANTIOSSIDANTEANTIOSSIDANTE: composto che protegge i sistemi biologici dai

possibili effetti dannosi di processi o reazioni che causano eccessiva ossidazione


-tocoferolo-tocoferolo


Composti fenoliciComposti fenoliciComposti fenoliciComposti fenolici Acido ascorbicoAcido ascorbicoAcido ascorbicoAcido ascorbico

Tra gli antiossidanti si possono annoverare una serie di composti di diverso tipo che si possono distinguere in:

Antiossidanti di 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

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



ROSROSROSROS AntiossidantiAntiossidantiAntiossidantiAntiossidanti

Un metodo per la valutazione dell’AA è tanto migliore

quanto più è adeguato a riconoscere

contemporaneamente diverse possibili funzioni

antiossidanti di una miscela di composti,

utilizzando un approccio che si avvicina il più possibile

alle condizioni fisiologiche.


Meccanismi di azione degli antiossidanti Scavenger dei diversi tipi di radicaliScavenger dei diversi tipi di radicali (S)

Agenti riducentiAgenti riducenti (R)

Complessanti dei metalli pro-ossidantiComplessanti dei metalli pro-ossidanti (C)

Inibitori di enzimi che producono radicaliInibitori di enzimi che producono radicali (I)

Metodo TEAC (ABTS)

RR

R

R R

R

R

R

R

Metodo ORAC

SSS

S

SS

S

SS

SS

S

SS

S

RR

R

RR

R

CC

C

C

C

CI

I

II

II

Metodo LOX/RNO


TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity)TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity)

ORAC(Oxygen Radical Absorbance Capacity)ORAC(Oxygen Radical Absorbance Capacity)

LOX/RNO (Lipossigenasi/4-Nitroso-N,N-dimetilanilina)LOX/RNO (Lipossigenasi/4-Nitroso-N,N-dimetilanilina)


Nature 2003 vol. 425, 132-133

Science 2003 vol. 301, 1165

Juan Ponce de León Juan Ponce de León

Fonte della giovinezzaFonte della giovinezza

http://it.wikipedia.org/wiki/Juan_Ponce_de_Le%C3%B3n

http://it.wikipedia.org/wiki/Juan_Ponce_de_Le%C3%B3n

http://it.wikipedia.org/wiki/Fonte_della_giovinezza

http://it.wikipedia.org/wiki/Fonte_della_giovinezza

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