SOMMARIO:
1. Radicali liberi
2. Dove si formano i radicali liberi
3. Accumulo di radicali liberi
4. Cosa succede ai lipidi?
5. Cosa succede alle proteine?
6. Cosa succede al DNA?
7. Sistemi di difesa dai radicali liberi
8. Fattori che influenzano l’aumento di produzione dei radicali liberi
9. Conclusioni
Con il termine “Radicali liberi” si indica qualsiasi molecola che ha un elettrone o più elettroni spaiati negli orbitali esterni. Ogni molecola tende a raggiungere uno stato di “equilibrio” completando l’ottetto periferico, quindi riempiendo completamente gli orbitali esterni (visto che ogni orbitale di un atomo può contenere fino ad otto elettroni). Questo significa che se ci sono degli orbitali non riempiti queste molecole saranno molto reattive perché tenderanno a catturare elettroni da altre molecole donatrici per raggiungere la condizione di stabilità (questo può comportare numerosi danni).
Questa sottrazione di elettroni può avvenire nei confronti di acidi nucleici, di proteine, di membrane biologiche (quindi i lipidi delle membrane), producendo in queste molecole una serie di danni e che quindi generalmente nell’organismo si cerca di evitare. Questi danni, che sono a “spese” di lipidi, proteine e acidi nucleici configura la condizione di stress ossidativo.
2. Dove si formano i radicali liberi?
Nella cellula vi sono numerose sedi in cui si formano le specie reattive dell’ossigeno (ROS), i principali radicali liberi che l’organismo produce, e dell’azoto (RNS) I compartimenti cellulari che producono questi radicali liberi sono i mitocondri in primis, ma anche i lisosomi, la membrana plasmatica, il reticolo endoplasmatico, i perossisomi e anche a livello citoplasmatico (enzimi che nella loro attività producono radicali liberi). Questi sistemi fanno parte delle sorgenti endogene (interne all’organismo) che producono radicali liberi ma esiste anche una produzione esogena (da fattori esterni).
Le sorgenti esogene di radicali liberi sono:
– radiazioni (uv, raggi x, raggi y) : l’esposizione alle sorgenti radianti è la principale causa di produzione esogena ai radicali liberi,
– prodotti chimici che formano perossidi (ozono, ossigeno singoletto),
– prodotti chimici che promuovono la sintesi di anione superossido (chinoni, molecole che si sviluppano con la cottura dei cibi es. nitrosammine – anione superossido),
– prodotti chimici che sono metabolizzati a radicali liberi (es.fenoli, polialogenati, aminofenoli, alcani).
Quindi queste sorgenti esogene producono, accanto alle sorgenti endogene, l’accumulo di radicali liberi.
3. Accumulo di radicali liberi
I radicali liberi possono avere effetto acuto ed effetto cronico: l’effetto acuto è quello che si genera per improvvisa esposizione ad alte dosi (si verifica molto raramente, per es. quando si è esposti ad una forte dose di radiazioni), ma quotidianamente siamo esposti a basse dosi che poiché sono costanti, possono dare origine a danni.
Danni
Alte dosi: danneggiamento o morte della cellula
Basse dosi/over-produzione cronica di ossidanti: Attivazione di alcuni processi cellulari, stimolazione proliferazione cellulare, danno a proteine, lipidi, DNA.
Come conseguenza di questo danno si possono attivare delle vie cellulari improprie che poi possono per esempio attivare la cancerogenesi (si può stimolare molto la proliferazione cellulare).
A carico dei lipidi i radicali liberi inducono reazione di perossidazione lipidica, cioè il lipide si trasforma in perossido generalmente per esposizione a radicali liberi.
Azione dei perossidi:
I perossidi possono formare dei cross-link, cioè formano un legame covalente (molto “forte”) che la cellula non riesce a riconoscere e quindi non riesce a idrolizzare (eliminare) quindi resta stabile e non può essere riparato dalla cellula con molecole non lipidiche (acidi nucleici, proteine). Questo meccanismo può danneggiare il DNA (mutagenesi), può alterare la struttura delle membrane cellulari e alterare i segnali legati alle membrane
5. Cosa succede alle proteine?
La reazione chimica più comune dei radicali liberi alle proteine è l’ossidazione dei gruppi tiolici (gruppi funzionali presenti negli amminoacidi solforati e sono presenti quindi nelle proteine); per effetto dell’ossidazione dei gruppi funzionali si possono avere una serie di reazioni a carico delle componenti proteiche che possono portare a ossidazioni enzimatiche, formazione di legami covalenti non desiderati con alterazioni della struttura delle proteine.
Per effetto di queste modifiche, le proteine normalmente utili e funzionanti, possono subire alterazioni, perdita della funzione o acquisizione di funzione, risultando pericolose per la cellula.
Il DNA è una struttura “protetta” perché esistono intrinsecamente dei sistemi di riparo per cercare di evitare che la mutazione possa trasmettersi alla cellula figlia quindi nel tempo (evolutivo) si sono sviluppati dei sistemi che riparano il DNA mutato ma hanno un potere limitato. Se a carico del DNA avvengono dei processi di mutagenesi, questo innesca il sistema di riparo che entro certi limiti è utile, ma superata una certa soglia diventa dannoso perché il sistema richiede una grande quantità di energia per effettuare queste riparazioni. Se il sistema di riparo viene continuamente stimolato il risultato finale è che la cellula va in carenza energetica e quindi va in sofferenza. Inoltre, più si stimola il sistema di riparo, più è possibile che il sistema non ce la faccia, in sostanza più si accumulano danni più è probabile che qualche danno non venga riparato.
Un’altra cosa che può avvenire è l’innesco di vie metaboliche cellulari che normalmente funzionano ad una velocità più bassa o sono silenti, e questo che può portare ad innescare una trasformazione maligna
7. Sistemi di difesa dai radicali liberi
Giacché noi accumuliamo radicali liberi sia tramite produzione endogena che produzione esogena, tra cui anche esposizioni “naturali” ad agenti che possono indurre produzione di radicali (es. radiazioni ultraviolette), contemporaneamente esistono nella cellula numerosi sistemi antiossidanti che naturalmente proteggono l’organismo dallo stress.
Questi antiossidanti sono di diverse tipologie:
– Molecole Idrosolubili: glutatione, Vit. C,
– Molecole Liposolubili: Vit E, β-carotene, PUFA (introdotti solo con alimentazione),
– Enzimi: SOD, glutatione perossidasi, catalasi, desaturasi,
– Albumina, ferritina, transferrina (lega Fe), ceruloplasmina (lega Cu) la capacità di legare i metalli riduce la produzione di radicali liberi legata alla presenza di questi metalli.
8. Fattori che influenzano l’aumento di produzione dei radicali liberi
1) Diete Sbilanciate: sia perché ci sono molecole che possono essere introdotte con l’alimentazione che danno origine ai radicali liberi, sia perché con una dieta sbilanciata possiamo andare in carenza di Vit E, C, b-carotene, acidi grassi polinsaturi che invece sono antiossidanti esogeni necessari.
2) Fumo.
3) Abuso di Alcol, che si intende oltre la dose massima di un piccolo calice al giorno per le donne e due per gli uomini.
4) Esercizio Fisico Strenuo: allenarsi è importante ma farlo senza cognizione di causa esagerando può peggiorare la condizione.
5) Raggi Solari.
6) Inquinamento.
Sebbene il nostro corpo produca radicali liberi costantemente, abbiamo anche un sistema efficiente di antiossidanti per contrastarli (essendo parte di un processo fisiologico). È importante non fare in modo di aumentare ulteriormente questa produzione, tramite comportamenti come fumo, abuso di alcolici, esposizione eccessiva ai raggi solari ed è altresì importante garantire al nostro organismo gli antiossidanti esogeni che non è in grado di produrre da solo. Quindi dieta corretta, allenamento efficace e stile di vita sano.
Valeria Cangiano
Bibliografia
Lezioni di biochimica e genetica medica – Università degli Studi di Napoli Federico II - 2017.
