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STRESS OSSIDATIVO STRESS OSSIDATIVO PROOSSIDANTI e ANTIOSSIDANTI PROOSSIDANTI e ANTIOSSIDANTI

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STRESS OSSIDATIVOSTRESS OSSIDATIVO

PROOSSIDANTI e ANTIOSSIDANTIPROOSSIDANTI e ANTIOSSIDANTI

PROOSSIDANTI PROOSSIDANTI

PROOSSIDANTIPROOSSIDANTI

Molecole altamente reattive che, alla ricerca della stabilità, sono in grado di reagire e di danneggiare tutte le biomolecole dell’organismo umano.

La maggior parte sono molecole radicaliche.

Le sostanze proossidanti possono avere sia origine esogena che endogena.

RADICALE LIBERO

DEFINIZIONE: molecola che contiene uno o piùelettroni spaiati nell’orbitale di legame.

I radicali reagiscono con altre molecole allo scopo di catturare gli elettroni necessari al raggiungimento della stabilità.

Alcune specie radicaliche sono estremamente reattive mentre altre risultano relativamente inerti.

ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVEORIGINE DELLE SPECIE REATTIVEESOGENAESOGENA

•Fumo di sigaretta (NO. NO2.)

•Inquinamento ambientale

•Radiazioni elettromagnetiche (. OH)

•Diete sbilanciate con eccessivo contenuto di Fe o Cu (reazione di Fenton)

•Farmaci, pesticidi, anestetici … (nei sistemi di detossificazione)

•Luce ultravioletta

ENDOGENAENDOGENA

1. Respirazione cellulare ROS (ReactiveOxygen Species)

ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVEORIGINE DELLE SPECIE REATTIVE

2. Fagocitosi (NO., O2-. , H2O2 , OCl -)

3. Perossisomi (H2O2)

4. Sistema di detossificazione che coinvolge il cytP450

5. Cascata dell’acido arachidonico

6. Esercizio fisico

7. Processi infiammatori

8. Ischemia/riperfusione

ORIGINE DELLE SPECIE REATTIVEORIGINE DELLE SPECIE REATTIVEENDOGENAENDOGENA

ROS: REACTIVE OXYGEN SPECIESROS: REACTIVE OXYGEN SPECIESRadicaliche e non radicalicheRadicaliche e non radicaliche

OSSIGENO TRIPLETTO O2

ANIONE SUPEROSSIDO O2-•

PEROSSIDO D’IDROGENO H2O2

RADICALE IDROSSILE HO•

ACQUA H2O

OSSIGENO SINGOLETTO 1O2

ORBITALIπ σ

radicaleSISINO SI

ossidante

SI

SI

SI

SI

NO

NONONO

ANIONE SUPEROSSIDO O2-.

• Generato: •accidentalmente nella catena di trasporto degli e- nei mitocondri e nei microsomi

•intenzionalmente dalle cellule fagocitarie tramite le ossidasi NADPH-dipendente

•reattività bassa, diffusione alta

•partecipa alla reazione di Fenton

•in grado di rilasciare Fe++ dai depositi di ferritina

•trasformato a H2O2 dalla SOD nel citoplasma e nei mitocondri

SPECIE RADICALICHE SPECIE RADICALICHE

RADICALE IDROSSILERADICALE IDROSSILE HOHO••

•Generato:•nella catena di trasporto degli e- nei mitocondri

•per azione delle radiazioni elettromagnetiche

•in presenza di metalli di transizione

O2-• + Fe+++ Fe++ + O2 reazione di Fenton

Fe++ + H2O2 Fe+++ + HO• + HO-

O2-• + H2O2 O2 + HO• + HO- reazione di Haber-Weiss

•Reattività alta, diffusione limitata

SPECIE RADICALICHE SPECIE RADICALICHE

OSSIDO NITRICO OSSIDO NITRICO NONO••

•Generato:

•macrofagi e neutrofili durante i processi infiammatori

•dalle cellule endoteliali con funzione di modulatore della contrazione a livello dei vasi

•La sua tossicità è legata alla formazione di perossinitrato:

NO• + O2-• ONOO-

RADICALI PEROSSILICIRADICALI PEROSSILICI ROOROO..

• Generati durante la perossidazione lipidica

•Non molto reattivi ma altamente diffusibili

SPECIE RADICALICHE SPECIE RADICALICHE

PEROSSIDO DI IDROGENOPEROSSIDO DI IDROGENO HH22OO22

•Generato: •enzimaticamente dalla SOD a partire da O2

-.

•enzimaticamente dalle xantina ossidasi dei perossisomi•nella catena di trasporto degli e- nei mitocondri

•Diffonde velocemente

•E’ degradato dalla catalasi nei perossisomi

OSSIGENO SINGOLETTOOSSIGENO SINGOLETTO 1 1 OO22

•Prodotto principalmente per fotoeccitazione in presenza di un iniziatore come le clorofille

•Può reagire con doppi legami, per esempio degli acidi grassi producendo idroperossidi

SPECIE NON RADICALICHE SPECIE NON RADICALICHE

CARBOIDRATI:CARBOIDRATI:

Sottrazione casuale di un H da un C della catena polisaccaridica con formazione di un radicale centrato sul C che in presenza di O2 può dare origine a radicali perossilici (ROO•)

frammentazione e depolimerizzazione

EFFETTO SULLE BIOMOLECOLEEFFETTO SULLE BIOMOLECOLE

PROTEINE:PROTEINE:ossidazione gruppi -SH (NO•, HO•, ONOO-)

ossidazione di alcuni AA (HIS, ARG, LYS, PRO)

liberazione del Fe per degradazione degli anelli porfirinici (H2O2)

perdita di funzionalità e danno indiretto (es DNA)Markers di ossidazione:

•Determinazione di proteine con gruppi carbonilici tramite reazione con 2,4 dinitrofenilidrazina;

•Determinazione di singoli AA ox come la 2-ossiHYS.

EFFETTO SULLE BIOMOLECOLEEFFETTO SULLE BIOMOLECOLE

ACIDI NUCLEICI: ACIDI NUCLEICI:

Idrossilazione delle basi per addizione del radicale OH• o sottrazione di un H dalla molecola saccaridica.

EFFETTO SULLE BIOMOLECOLEEFFETTO SULLE BIOMOLECOLE

PEROSSIDAZIONE LIPIDICAPEROSSIDAZIONE LIPIDICA

•E’ la classe di biomolecole più suscettibile all’attacco dei radicali

•L’autossidazione avviene a carico degli acidi grassi presenti nelle membrane cellulari o nelle lipoproteine

•La suscettibilità aumenta all’aumentare dei doppi legami

•I cicli di propagazione nella membrana sono di solito non più di 2-3

•La reazione di perossidazione porta alla formazione di prodotti secondari tossici o cancerogeni come aldeidi, chetoni, ….

•L’iniziatore principale è HO•

•Markers di perossidazione: MDA e 4-idrossinonenale.

EFFETTO SULLE BIOMOLECOLEEFFETTO SULLE BIOMOLECOLE

PEROSSIDAZIONE LIPIDICAPEROSSIDAZIONE LIPIDICA

PEROSSIDAZIONE LIPIDICA:PEROSSIDAZIONE LIPIDICA:

ossidazione delle LDLossidazione delle LDL

TEORIA OSSIDATIVA DELLTEORIA OSSIDATIVA DELL’’ATEROSCLEROSIATEROSCLEROSI

Le LDLox inibiscono la motilità dei macrofagi, richiamano altri monociti circolanti, sono citotossiche, inducono proliferazione delle cellule muscolari ecc..

ANTIOSSIDANTI ANTIOSSIDANTI

ANTIOSSIDANTEANTIOSSIDANTE

Sostanza che, pur presente in concentrazione ridotta rispetto al substrato ossidabile, può prevenire o ritardare l’ossidazione iniziata da un fattore proossidante

Le molecole antiossidanti, reagendo con i radicali, si trasformano esse stesse in radicali che hanno però la caratteristica di essere più stabili e meno reattivi.

Possono essere:

•endogeni, sintetizzati dall’organismo umano

•esogeni, introdotti con la dieta.

MODALITAMODALITA’’ DI AZIONE DEGLI DI AZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTIANTIOSSIDANTI

PRIMARIPRIMARI•Prevengono la formazione di specie radicaliche

•Sequestrano i metalli di transizione

SECONDARISECONDARIReagiscono con radicali formati e li convertono in forme meno reattive interrompendo la reazione a catena

CLASSIFICAZIONE DEGLI CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTIANTIOSSIDANTI

ENDOGENIENDOGENI

ENZIMI: SOD, catalasi, glutatione perossidasi

PROTEINE: proteine-SH, leganti metalli (Fe, Cu)

ALTRE MOLECOLE: acido urico, bilirubina,

ubichinone (coenzima Q10) ...

CLASSIFICAZIONE DEGLI CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTIANTIOSSIDANTI

VITAMINICI:

•Vitamina C

•Vitamina E

•Carotenoidi (con funzione di pro-vitamina A)

•Vitamina B2 (riboflavina)

NON VITAMINICI:•Carotenoidi

•Polifenoli

•Minerali (Se, Cu, Zn, Mn, Fe)

ESOGENIESOGENI

ANTIOSSIDANTI ENDOGENIANTIOSSIDANTI ENDOGENIENZIMATICI, CELLULARIENZIMATICI, CELLULARI

SUPEROSSIDO DISMUTASI (SOD)

È il principale antiossidante cellulare che mantiene bassa la concentrazione di O2

-•

Funziona in collaborazione con la catalasi e la glutatione perossidasi

CATALASI (CAT)

2 H2O2 2 H2O + O2

E’ una eme-proteina (contenente Fe) presente nei perossisomi e nel citosol degli RBC

Insieme alla SOD permette la rapidadetossificazione del O2

-•

ANTIOSSIDANTI ENDOGENIANTIOSSIDANTI ENDOGENIENZIMATICI, CELLULARIENZIMATICI, CELLULARI

GLUTATIONE PEROSSIDASI (GSH-Px)

2 H2O2 2 H2O + O2

2 GSH GSSGROOH ROH + H2O

GLUTATIONE REDUTTASI

NADPH2NADP+

ANTIOSSIDANTI ENDOGENIANTIOSSIDANTI ENDOGENIENZIMATICI, CELLULARIENZIMATICI, CELLULARI

E’ una Se-proteina presente nel citosol.

E’ il principale detossificatore di H2O2 della cellula.

La GSH reduttasi eritrocitaria è B2 dipendente.

ANTIOSSIDANTI ENDOGENIANTIOSSIDANTI ENDOGENINON ENZIMATICINON ENZIMATICI

PROTEINE -SH: Agiscono principalmente come antiossidanti plasmatici.Acquistano un e- dando vita ad un radicale sulfidrilico (-S•) più stabile.

Il GSH è abbondante nel citosol, nel nucleo e nei mitocondri ed èpresente anche a livello plasmatico.

Può reagire anche non enzimaticamente con radicali (ONOO-,

tocoferile, ascorbile).

ANTIOSSIDANTI ENDOGENIANTIOSSIDANTI ENDOGENINON ENZIMATICINON ENZIMATICI

PROTEINE LEGANTI Cu-Fe:Proteine di trasposto: transferrina (2Fe+++) e ceruloplasmina (Cu++)Proteine di deposito del Fe: ferritina (FeOOH) e emosiderina Condizioni di acidosi quali ischemie, emorragie, traumi, possono promuovere il distacco dei metalli.

BILIRUBINA:Prodotto di degradazione dell’anello eme che è prima convertito a biliverdina dall’EME ossigenasi (P450) e poi red a bilirubina da un enzima citoplasmatico. Ne esistono varie forme plasmatiche, libera, coniugata, legata all’albumina e tutte hanno dimostrato di bloccare i radicali perossilici a livello plasmatico, proteggendo anche le LDL dall’ossidazione.

ANTIOSSIDANTI ENDOGENIANTIOSSIDANTI ENDOGENINON ENZIMATICINON ENZIMATICI

ACIDO URICO:Prodotto finale del catabolismo delle purine.In grado di chelare i metalli e di ridurre l’ozono funzionando da antiossidante del tratto respiratorio.Presente in concentrazione 3-4 volte quella dell’acido ascorbico si èipotizzato che supplisca la perdita di capacità di sintetizzare acido ascorbico da parte dell’uomo.

UBICHINONE O COENZIMA Q10Coenzima trasportatore di e- liposolubile, reversibilmente riducibile, costituito da una lunga catena laterale isoprenoide. Antiossidante liposolubile, presente nelle membrane cellulari, mantiene in forma ridotta la vitamina E.

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENIVITAMINICIVITAMINICI

ACIDO ASCORBICO (Vitamina C)

• È il principale antiossidante extracellulare

• L’ossidazione dell’ascorbato avviene in due fasi:1. formazione del monodeidroascorbato, radicale scarsamente

reattivo, rigenerato dalla NADPH deidroascorbato reduttasi;

2. formazione del deidroascorbato, rigenerato dall’ascorbico reduttasi-GSH.

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENIVITAMINICIVITAMINICI

ACIDO ASCORBICO (Vitamina C)

•È in grado di reagire con:

• O2-•, HO•, H2O2, 1 O2, come antiossidante primario;

• ROO•, come antiossidamte secondario;

•Può rigenerare il radicale tocoferile sulla superficie delle membrane e delle LDL.Attività prossidante: in presenza di metalli di transizione può comportarsi da ossidante riducendoli e dando origine a specie reattive.

FONTI ALIMENTARIVegetali freschi e agrumi, ma anche fegato, latte, carni e pesce.

VITAMINA E

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENIVITAMINICIVITAMINICI

VITAMINA E

•Sostanza liposolubile.

•È il principale radical-scavenger delle membrane e delle lipoproteine.

•Agisce bloccando i radicali perossilici formatisi durante la perossidazione lipidica.

•Può essere rigenerato dall’acido ascorbico e dal GSH.

FONTI ALIMENTARIOli vegetali, frutta secca, cereali integrali e alcuni ortaggi (broccoli, spinaci …).

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENIVITAMINICIVITAMINICI

CAROTENOIDI

•Sono un ampio gruppo di pigmenti rossi, arancio e giallo presenti negli alimenti, soprattutto frutta e vegetali.

•Sono sostanze liposolubili.

•Alcuni hanno attività vitaminica (es. β-carotene).

•Presenti nelle membrane cellulari e veicolati dalle lipoproteine.

•Proteggono le LDL dall’ossidazione.

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENINON VITAMINICINON VITAMINICI

CAROTENOIDI•Bloccano i radicali, tra cui anche l’ 1 O2, tramite diversi meccanismi:

•trasferimento del e-, nel caso del tocoferile;

•addizione del radicale alla molecola, nel caso di radicali tiolici (GSH) e perossilici;

•trasferimento fisico dell’energia al carotenoide e dissipamento di questa come calore, nel caso del 1 O2.

•Sono efficienti a basse tensioni di O2, mentre quando la tensione aumenta aumenta anche la capacità dei carotenoidi di reagire con l’O2portando a prodotti finali che propagano la reazione di perossidazione.

FONTI ALIMENTARIVerdura, frutta, alcuni cereali, tracce negli oli vegetali.

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENINON VITAMINICINON VITAMINICI

•SELENIO cofattore della GSHpx, contenuto in prodotti di origine animale e vegetaleprincipale fonte italiana derivati del frumento duro

•MANGANESE cofattore della SOD mitocondrialeprincipali fonti italiane, cereali integrali, vino, tè e legumi

•RAME cofattore insieme allo Zn della SOD citoplasmaticaprincipali fonti italiane, prodotti amidacei, frutta, carne, pesce e uova

•ZINCO cofattore insieme allo Cu della SOD citoplasmaticaprincipali fonti italiane, carne, interiora, pesce, latte e derivati e cereali

•FERRO costituente della catalasiprincipali fonti italiane, carne, pesce, verdure, cereali e derivati.

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENIMINERALIMINERALI

POLIFENOLI

Ampia classe di composti derivati dal metabolismo secondario delle piante

Chimicamente sono derivati ciclici del benzene sostituiti con gruppi idrossilici

Comprendono molecole sia semplici come gli acidi fenolici oppure altamente polimerizzate come i tannini.

Sono presenti negli alimenti in forma libera, esterificata con gruppi metilici ed etilici e con zuccheri.

ANTIOSSIDANTI ESOGENIANTIOSSIDANTI ESOGENINON VITAMINICINON VITAMINICI

•bloccare i radicali liberi

•legare i metalli di transizione

•inibire l’ossidazione delle LDL

•rigenerare il radicale tocoferile

O

A

B

C

1'2

3

45

6

7

8

2'

3'

4'

5'

6'

Struttura dei flavonoidi

O

OH

R1R2

R3

R4

R1R2

R3

R4

O

OH

Struttura degli acidi fenolici

Scheletro base

Classe

Fonti alimentari Composti

C6 Fenoli semplici Ampiamente distribuiti Catecolo, idrochinone, resorcinolo

C6-C1 Acidi benzoici

Anice, rosmarino, timo, maggiorana,

lampone, ribes, finocchio, vaniglia,

mirtillo

Salicilico, paraidrossibenzoico, vanillico, siringico,

protocatecuico, gallico

C6-C2 Acidi fenilacetici Ampiamente distribuiti p-idrossifenilacetico

C6-C3 Acidi cinnamici

Ciliegie, prugne, mirtilli, lamponi,

ananas, pomodori, mele, cereali

Ferulico, caffeico, clorogenico, o-cumarico, m-cumarico, p-

cumarico

C6-C3-C6 Flavonoidi

Flavoni Limoni, olive, peperoni, cereali Luteolina, crisina, apigenina

Flavonoli Mele, pere Quercetina,campferolo

Flavonoli glicosidi Cipolla, buccia di

mela, uva nera, tè, broccoli

Rutina

Flavanonoli Uva Diidroquercetina, diidrocampferolo glicoside

Flavanoni Pompelmo, arance, limoni, pomodori Esperitina, naringenina

Flavanoni glicosidi Limone, arance, fragole

Esperidina, neoesperidina, narirutina, naringina, criocitrina

Antocianidine

Frutti di bosco, ciliegie, prugne,

cavolo rosso, melanzane, cipolle,

ravanelli

Cianidina, peonidina, delfinidina, petunidina,

malvidina

Flavanoli (catechine) Mele,pere,uva,pesca

Catechina,epicatechina, gallocatechina,

epigallocatechina

Calconi Mele, pere, pomodoro Arbutina,floretina, calconaringenina

(C6-C3)2 Lignine Pinoresinolo

(C6-C3-C6)2 Biflavonoidi Agatisflavone

Fonti alimentari dei polifenoli

PROOSSIDANTI ANTIOSSIDANTI

STRESS OSSIDATIVO: STRESS OSSIDATIVO:

sbilanciamento dellsbilanciamento dell’’equilibrio tra equilibrio tra proossidantiproossidanti e e antiossidanti nellantiossidanti nell’’organismo a favore dei organismo a favore dei proossidantiproossidanti..