Prof. Niccolò TaddeiUniversità degli Studi di Firenze

Radicali liberi e stress ossidativoRadicali liberi e stress ossidativo

15 Aprile 2015, Liceo Scientifico “James Joyce” Ariccia (RM)

Radicali liberi

Atomi o molecole che contengono elettroni spaiati

Radicali liberi

• Estrema reattività ed instabilità

• Breve emivita (nanosecondi, millisecondi)• Breve emivita (nanosecondi, millisecondi)

• Capaci di generare reazioni a catena

Reazione a catena

Meccanismo di formazione dei radicali liberi

• Rottura omolitica di legami covalenti

• Rimozione di elettroni da atomi o molecole con assetto• Rimozione di elettroni da atomi o molecole con assettoelettronico stabile (calore, radiazioni, sostanze esogene)

• Processi ossido-riduttivi che implicano il trasferimento di un soloelettrone su accettori con assetto elettronico stabile(coinvolgimento di ioni metallici come Fe++ o Cu+)

Possibili cause per la formazione dei radicali liberi

Radiazioniionizzanti

Fumo

Metabolismo

LuceUV

Formazione dei radicali liberi

Infiammazione

Inquinamento

Globuli bianchi

Mitocondrio DANNO DEL DNA

(nell’aria)

Formazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS)

La molecola di O2 può accettare un elettrone per volta…

.

un elettrone per volta…

… generando specie radicaliche!

Effetti delle ROS

Lipidi(perossidazione acidi grassi dimembrana)

ROSROS

O2-•

H2O2

OH•

DNA (modificazionidelle basi, rottura)

Proteine(modificazioni, denaturazione,idrolisi)

Effetti delle ROS

Effetti delle ROS sui lipidi di membrana

Alcuni prodotti di degradazione:

Malondialdeide (MDA)

Idrossialchenali

Effetti delle ROS sul DNA

Danno ossidativo Alcuni prodotti di degradazione:Danno ossidativo Alcuni prodotti di degradazione:

Basi modificate come 8-oxoguanina, 5-idrossicitosina, ecc.

Morte cellulare da ROS

Quando i danni sono estesi Necrosi

Morte cellulare da ROS

Quando i danni sono estesi Necrosi

Morte cellulare da ROS

Quando i danni sono di minore entità Apoptosi

Morte cellulare da ROS

Quando i danni sono di minore entità Apoptosi

Le difese antiossidanti

Sistemi enzimatici (superossido dismutasi, catalasi, perossidasi)

Scavengers di radicali liberi o antiossidanti sacrificali

- liposolubili (es. vitamina A, vitamina E)

- idrosolubili (es. vitamina C, glutatione)

Le difese antiossidanti

Superossido dismutasi:

• forma citosolica (Cu-Zn)• forma mitocondriale (Mn)• forma extracellulare (Cu-Zn)

Le difese antiossidanti

Catalasi:

Le difese antiossidanti

Glutatione perossidasi e glutatione reduttasi:

Le difese antiossidanti

Scavangers: vitamina E e vitamina C

Vitamina C

Gli antiossidanti negli alimenti

Resveratrolo

Acido

rosmarinico

Antiossidanti naturali

Capsaicina

Curcumina

Allicina

Epigallocatechina gallato

Antiossidanti naturali

La curcuminacurcumina (radice della Curcuma longa). Essa conferisce il tipico colore (e sapore) al curry.

Azione antiinfiammatoria e antiossidante. E’ impiegata da secoli nella medicina orientale.

Scarsa biodisponibilità in presenza di piperina

Assunzione alimentare tollerata fino a 12 g/die

Effetti pro-ossidanti a concentrazioni elevate

Stress ossidativo

Perdita di equilibrio tra la formazione delle ROS e i meccanismi difensivi capaci di contrastare l’azione di queste sostanze

Stress ossidativo

Stress ossidativo

• Malattie neurodegenerative

• Aterosclerosi

• Diabete mellito

• Malattie cardiovascolari

• Malattie autoimmuni

• Cancro

• Retinopatia del prematuro

• Malattie dermatologiche

Modello sperimentale

Cellule muscolari cardiache (H9c2)

Induzione stress ossidativo(ipossia-riossigenazione in

modular incubator chamber)modular incubator chamber)

Osservazione effetti:

• markers di stress ossidativo• morte cellulare• possibili interventi protettivi