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Antiossidanti

Gli antiossidanti sono molecole che possono neutralizzare i radicali liberi o altre specie chimiche reattive che causano lo stress ossidativo.

Gli antiossidanti possono essere presenti nell’organismo o introdotti con l’alimentazione. Essi sono importanti per prevenire o limitare i danni causati dai radicali liberi alle cellule e ai tessuti.

Gli antiossidanti (AO) sono sistemi di difesa rappresentati da molecole o enzimi che pur essendo in quota ridotta all’interno della cellula svolgono un ruolo di prevenzione del danno, a volte anche attraverso un ritardo dello stesso. Sono previste due classificazioni; la prima li suddivide semplicemente in base alla loro origine in endogeni – sintetizzati dall’organismo stesso – ed esogeni – introdotti con la dieta.

La seconda classificazione invece individua tre gruppi:

  • Antiossidanti enzimatici – esempio superossido dismutasi, catalasi e perossidasi;
  • Antiossidanti sacrificali (scavenger) – in grado di interagire con i radicali liberi accettando gli elettroni reattivi e diventando a loro volta radicali, tuttavia meno reattivi perché in grado di dislocare la carica più efficacemente; reagendo in prima persona, si consumano. Alcuni esempi sono le vitamine C ed E e il β-carotene oppure i pigmenti vegetali come i fenoli; tra queste molecole troviamo anche degli enzimi, ed i micronutrienti sono spesso fondamentali perché appartengono alla struttura di tali proteine.
  • Antiossidanti preventivi – proteine che legano ioni metallici catalizzatori della reazione di Fenton; esempio transferrina, ferritina, ceruloplasmina.

Negli organismi viventi il sistema antiossidante si suddivide prevalentemente in antiossidanti endogeni rappresentati dagli enzimi o da alcune particolari molecole come il glutatione (GSH), ed antiossidanti esogeni cui appartengono le vitamine ed i fenoli bioattivi. Possono essere sia lipofili che idrofili ed operano azione sinergica.

La superossido dismutasi trasforma lo ione superossido in acqua ossigenata, che può avere due destini: il primo è quello di essere ulteriormente dismutata da antiossidanti enzimatici a dare acqua (glutatione) o acqua e ossigeno (catalasi, ma solo in caso di quote alte poiché ha l’affinità di un enzima per il substrato (KM) molto alta); il secondo è quello di reagire con ioni metallici nella reazione di Fenton a dare ione ossidrile: gli antiossidanti cercano di evitare questa reazione chelando i metalli bivalenti, ma qualora si verifichi possono intervenire ulteriori molecole a neutralizzare tale prodotto prima che danneggi la cellula.

Gli antiossidanti si distribuiscono in diversi compartimenti cellulari: sulla membrana si trovano la vitamina E, gli acidi grassi polinsaturi (PUFA) ed il β-carotene, mentre con localizzazione citoplasmatica si ha il glutatione, il glutatione perossidasi (GPx), la Superossido dismutasi (SOD), il selenio e l’ascorbato. All’interno dei mitocondri troviamo urbichinolo, SOD, GPx, selenio e vitamina E, ed infine nei perossisomi è tipica la catalasi.

Esempi di antiossidanti

La SOD è responsabile della conversione dello ione superossido in acqua ossigenata – la cui formazione può essere tuttavia anche spontanea; si tratta della difesa cellulare primaria nei confronti di tale anione. L’isoforma manganese dipendente si trova localizzata nei mitocondri ed è pertanto molto rappresentata all’interno del miocardio, mentre nel citoplasma si trova soprattutto il rame o zinco dipendente – questi metalli sono pertanto dei micronutrienti estremamente importanti.
La catalasi si trova localizzata soprattutto nei perossisomi ma anche nei mitocondri e si occupa di ridurre il perossido di idrogeno in acqua e ossigeno; è ferro dipendente e la sua Km è piuttosto alta, pertanto interviene solo in condizioni di accumulo di H2O2.
La perossidasi ha come substrato non solo l’acqua ossigenata ma anche perossidi e varie molecole riducenti, che si formano durante le reazioni a catena innescate dai radicali; si tratta della difesa cellulare primaria contro i perossidi, e si presenta in diverse forme e localizzazioni, specifiche per i diversi substrati. La glutatione perossidasi riduce i perossidi, sia organici che l’acqua ossigenata; la sua azione si esplica attraverso la catalisi ossidativa del glutatione stesso, pertanto necessita della sua presenza e anche di quella del selenio come cofattore. Si tratta di un importantissimo sistema di difesa ed ha diverse localizzazioni, sia all’interno delle cellule sia nei liquidi extracellulari.
Il glutatione ridotto (GSH) è un tripeptide con un gruppo tiolico che può detossificare chimicamente l’H2O2; questa reazione catalizzata dalla glutatione perossidasi produce il glutatione ossidato (GSSG) privo di proprietà protettive. Esso viene rigenerato nei globuli rossi – che ne fanno anche largo utilizzo per il loro stretto rapporto con l’ossigeno – in una reazione catalizzata dalla glutatione reduttasi attraverso il consumo di NADPH come fonte di elettroni riducenti. Per questo motivo negli eritrociti è molto attiva la via dei pentoso fosfati – responsabile del metabolismo di una quantità di glucosio pari al 5-10% – che produce NADPH e per la cui sintesi è fondamentale l’azione del glucosio6-fosfato-deidrogenasi. Un deficit di tale enzima determina un’anemia emolitica provocata dall’incapacità di detossificare gli agenti ossidanti, la cui insorgenza si può verificare in seguito ad incrementi anche lievi dello stress ossidativo conseguenti ad esempio all’ingestione di fave (da qui il nominativo di favismo) oppure all’azione di farmaci, tra cui il paracetamolo, antibiotici (sulfametoxazolo, cloramfenicolo), antimalarici (primachina) o antipiretici (acetanilide).
Il GSH contribuisce a mantenere nello stato ridotto i gruppi sulfidrilici delle proteine, tra cui l’emoglobina; l’ossidazione di tali gruppi porta alla formazione di masse insolubili di proteine denaturate (corpi di Heinz) che aderiscono alla membrana dei globuli rossi rendendola maggiormente rigida e scarsamente deformabile; essi sono quindi eliminati dalla circolazione dai macrofagi della milza e del fegato.
L’emoglobina è anche il target di ulteriori modificazioni che si verificano in seguito alla formazione di superossido: esso reagisce con il gruppo eme ossidando il ferro da Fe2+ a Fe3+ e trasformando quindi l’Hb in meta-Hb. Ogni giorno circa il 3% di tale molecola è convertita in meta-emoglobina, che presenta scarsa affinità per l’ossigeno e causa inoltre produzione di anione superossido. La sua riconversione alla forma nativa avviene ad opera della meta-emoglobina reduttasi, che consuma NADPH.

Antiossidanti scavenger

Alcuni sono endogeni, ma sono solitamente anche presenti in diversi alimenti.

  • La vitamina A solitamente si trova in frutti dal colore giallo/arancio.
  • La vitamina C in frutta acidula ed ortaggi.
  • La vitamina E ed il licopene si trovano nel pomodoro.
  • I flavonoidi si trovano in vari alimenti con abbondanza diversa, soprattutto nel tè verde e nell’olio evo.
  • La vitamina C o acido ascorbico è una sostanza a basso peso molecolare, idrofila e di origine esogena; agisce da scavenger nei confronti di vari radicali tra cui perossidi, ione superossido e ione perossido. È particolarmente importante anche perché lavora in sinergia con la vitamina E, che viene da essa rigenerata.
  • La vitamina E è una sostanza liposolubile che rappresenta il principale radical-scavenger delle membrane e delle lipoproteine. Essa agisce bloccando i radicali perossidici che si formano durante la perossidazione lipidica. Può essere rigenerata dall’acido ascorbico e dal GSH.
  • L’acido urico è una sostanza a basso peso molecolare ed idrofila; è un potente scavenger nei confronti di vari ossidanti ed è in grado di chelare metalli di transizione (ferro e rame) pertanto previene l’ossidazione ferro-dipendente dell’ascorbato.
  • L’acido lipoico è una sostanza a basso peso molecolare relativamente idrofila; si comporta da scavenger nei confronti di vari ossidanti ed è anch’esso in grado di chelare i metalli di transizione. Consente la rigenerazione delle vitamine C ed E.
  • Il coenzima Q10 è una sostanza lipofila a basso peso molecolare che si comporta da scavenger nei confronti dei radicali perossilici; consente la rigenerazione dei tocoferoli.
  • I polifenoli e flavonoidi sono un’ampia classe di sostanze presenti in natura che comprendono antociani ed antoxantine, e si trovano in frutta e verdura. Anno azione di scavenger nei confronti dei radicali perossido e superossido, con possibile azione anti-aterogena.
  • I carotenoidi sono un gruppo di pigmenti liposolubili rossi, arancio e giallo presenti soprattutto nella frutta e vegetali; alcuni hanno attività vitaminica come il β-carotene. In virtù delle loro caratteristiche lipofile sono presenti nelle membrane cellulari e vengono veicolati dalle lipoproteine.
    Essi interrompono le reazioni a catena dei radicali perossidici–azione anche sull’ossigeno singoletto – bloccandone la reattività tramite due meccanismi: trasferimento dell’elettrone e addizione del radicale alla molecola.
  • Lo zinco è una componente essenziale di numerosi enzimi – nei quali svolge un ruolo strutturale, di regolazione e catalitico: alcuni esempi sono l’amminoacil-RNA-sintetasi, la DNA e la RNA polimerasi, la fosfatasi alcalina, la lattico deidrogenasi, la superossido dismutasi e le carbossipeptidasi A e B. Svolge anche un’attività antiossidante, prevenendo la perossidazione lipidica e riducendo la formazione dei radicali liberi.