Metabolismo ossidativo e ROS
In presenza di metabolismo cellulare aerobio assume un’importanza fondamentale la molecola di ossigeno molecolare, protagonista di tutte le reazioni di ossidazione come accettore finale nella catena di trasporto degli elettroni a livello mitocondriale. La produzione di ATP (moneta energetica del nostro organismo) rappresenta il principale pathway di produzione di energia della cellula (Storey, 1996). Durante la respirazione cellulare, però, reazioni incomplete di riduzione dell’ossigeno portano alla formazione di specie reattive (ROS reactive oxygen species) (Gordeeva et al., 2006), tra le quali , l’anione superossido, il perossido di idrogeno o acqua ossigenata e il radicale idrossile.
La loro formazione può anche essere conseguenza dell’esposizione a fattori ambientali come alte concentrazioni di sali di ferro o radiazioni UV, e alla biotrasformazione di composti estranei, come tossine e farmaci. Un’altra fonte di ROS sono i macrofagi e i granulociti neutrofili, cellule specializzate nell’eliminazione di microrganismi estranei.
Danni da stress ossidativo
Lo stress ossidativo è una condizione patologica di squilibrio tra la produzione e l’eliminazione di specie chimiche ossidanti col conseguente accumulo di ROS. Quest’ultimo provoca danni a tutti i componenti cellulari:
- per le proteine può provocare modificazioni nelle sequenze aminoacidiche, cambiamenti conformazionali, alterazioni dell’attività enzimatica, modificazioni dei carboidrati nelle glicoproteine, perdita dei metalli nelle metallo-proteine etc.
- Per quanto riguarda il DNA, le specie reattive possono portare ad una modificazione delle basi o
addirittura alla separazione di filamenti, generando anche serie mutazioni. - Inoltre possono anche essere influenzate le componenti lipidiche, può essere alterata la fluidità di membrana o in alcuni casi procurata anche la sua rottura.
Lo stress ossidativo sembra avere un ruolo centrale nella patogenesi dell’invecchiamento cellulare e di diverse malattie degenerative come l’arteriosclerosi, le malattie cardiovascolari, il diabete di tipo 2, il cancro, il Parkinson e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) (Giovannini et al., 2006; Bonilla et al., 2011; Watson et al., 2008).
Il sistema antiossidante
Per prevenire gli effetti dannosi delle ROS, le cellule hanno sviluppato un sistema antiossidante di difesa a tre livelli di protezione: la prevenzione dalla formazione delle specie reattive dell’ossigeno, la loro eliminazione tramite l’ausilio di scavenger o di enzimi antiossidanti e la riparazione dei danni alle componenti cellulari.
Agli antiossidanti non enzimatici appartengono glutatione, metallotioneine, tocoferolo o vitamina E, acido ascorbico o vitamina C, beta-carotene, acido urico e i bioflavonoidi che provvedono alla difesa della cellula interrompendo l’azione autocatalitica delle reazioni radicaliche. La componente enzimatica di difesa include invece la superossido dismutasi (SOD), la catalasi (CAT), le glutatione perossidasi (GPx), tioredoxina reduttasi (TxR) e la perossiredoxina (Prx).
L’azione sinergica di queste componenti può ridurre il livello di stress ossidativo e rallentare il tasso di invecchiamento cellulare determinandone quindi un aumento nella durata di vita (Mockett et al., 2002).
La parte enzimatica è prodotta in luoghi diversi della cellula, alcuni sono specifici della membrana cellulare altri invece agiscono all’interno dei corpuscoli (detti quindi intracellulari).
I geni che codificano per questi enzimi sono molto antichi, alcuni risalgono, anche se in forma diversa da quella presente nel genere umano, a 3,5 miliardi di anni fa in specie batteriche dette cianobatteri (tra i primi organismi viventi che hanno iniziato a popolare la Terra).
La componente non enzimatica
Focalizzando la nostra attenzione su quegli elementi con funzione antiossidante che è possibile assumere dall’esterno, cominciamo a parlare della
Vitamina C o acido ascorbico
E’ una vitamina idrosolubile che l’uomo non è in grado di sintetizzare, quindi è necessario assumerla tramite alimentazione e/o integrazione. Ha un forte potere riducente nelle reazioni di ossido-riduzione e proprio questo motiva la sua spiccata azione antiossidante; inoltre riesce a mantenere stabili la vitamina A ed E, la tiamina e l’acido folico.
La vitamina C è presente in elevate quantità negli agrumi, nei kiwi, nell’ananas e ancora di più nei frutti dell’acerola, una pianta il cui nome scientifico è Malpighia glabra ed è diffusa in America centro-meridionale . Tra le verdure lo troviamo soprattutto negli spinaci, nella lattuga, nei broccoli e nel radicchio.
Vitamina E o tocoferolo
A differenza della precedente questa vitamina è liposolubile, ne esistono 8 tipi diversi suddivisibili in due gruppi: i tocotrienoli e i tocoferoli. La differenziazione è data dalla presenza nella conformazione di una catena satura o insatura. La forma biologicamente più attiva è l’alfa tocoferolo.
Svolge la sua fondamentale azione antiossidante bloccando una catena di reazioni detta perossidazione lipidica innescata dai radicali liberi.
La vitamina E, inoltre, sembra regolare l’attività della lipossigenasi e della cicloossigenasi. Tali enzimi sono coinvolti nella formazione di prostanoidi, composti capaci di mediare i fenomeni d’aggregazione piastrinica.
La vitamina E si può trovare soprattutto nella frutta secca, nel cocco, nelle verdure verdi e nel tuorlo d’uovo
Acido alfa-lipoico
L’acido lipoico partecipa alla riduzione del glutatione (GSH) e dell’acido ascorbico. La vitamina C ridotta riattiva la vitamina E ossidata, riducendola. La riporta così alla sua forma attiva.
Essendo sia liposolubile che idrosolubile può svolgere la sua azione antiossidante sia all’interno che all’esterno della cellula. Studi dimostrano che questo composto agendo sulla regolazione del glucosio nel sangue potrebbe risultare essenziale nel trattamento di casi diabete oltre che essere un agente utile per la prevenzione di patologie cardiovascolari. L’acido alfa-lipoico è presente nelle patate, nei broccoli, negli spinaci, nella carne rossa, nel fegato e nel cuore.
Resveratrolo
E’ un fenolo non flavonoide presente nella buccia dell’uva e prodotto naturalmente da molte piante come arma di difesa contro batteri e funghi. La funzione terapeutica per l’uomo attribuitagli, è quella di essere un ottimo antiossidante, un antinfiammatorio e di agire come fluidificatore del sangue diminuendo i rischi di fenomeni trombotici.
Per quanto riguarda la proprietà antiossidante, esso, come l’acido alfa lipoico, agisce bloccando la perossidazione lipidica delle lipoproteine a bassa densità (LDL) e anche prevenendo la citotossicità delle LDL ossidate.
Bioflavonoidi
Sono dei metaboliti secondari delle piante, ossia dei composti chimici non essenziali per la vita della pianta, ma che servono o come meccanismo di difesa contro i predatori o per agevolare lo sviluppo e la riproduzione o per la competizione interspecifica. Questi polifenoli, principalmente idrosolubili, sono stati scoperti dal Dottor ungherese Albert Szent-Gyorgyi e successivamente studiati nelle loro funzioni dal Dottor Robbins all’Università della Florida. Quest’ultimo individuò quali possedevano la maggior attività biologica: tangeretina, nobiletina e sinensetina. I flavonoidi donano la caratteristica colorazione giallo-rosso e azzurra alla frutta (negli agrumi), alla verdura ( nel pomodoro e nel cavolo soprattutto), ma sono presenti anche nel vino e nel tè verde.
In conclusione…
Questi sono solo alcuni degli elementi antiossidanti presenti in natura, ma è utile avere una visione generale sull’importanza di ciascuno di questi e di dove poterli trovare per aiutare il nostro organismo a contrastare lo stress ossidativo e di conseguenza l’invecchiamento cellulare e non solo. Il sistema antiossidante è un’arma fondamentale e come già detto nell’introduzione è dato da una parte endogena e da una esterna, avere cura dell’apporto di quest’ultima aiuterà a sostenere anche la prima prodotta dal corpo stesso.
Cura ut valeas!
Dott.ssa Carolina Capriolo
Biologa Nutrizionista
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Fonti:
http://link.springer.com/article/10.1007/s10534-011-9463-0
http://www.iss.it/binary/publ/cont/STAMPA%20ANN_06_30_Giovannini.1163082123.pdf
http://link.springer.com/article/10.1134/S0022093006030021
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0891584902011905
http://www.researchgate.net/profile/Kenneth_Storey/publication/13998031_Oxidative_stress_animal_adaptations_in_nature/links/02e7e521bf4bc3752e000000.pdf
http://www.jbc.org/content/283/36/24972.short
http://cardiovascres.oxfordjournals.org/content/47/3/549.short
https://it.wikipedia.org/wiki/Tocoferolo
https://it.wikipedia.org/wiki/Acido_ascorbico
https://it.wikipedia.org/wiki/Acido_lipoico
