Danno ossidativo
Sentiamo spesso parlare di “combattere i radicali liberi”, “contrastare lo stess ossidativo”, ma difficilmente viene spiegato in modo semplice e completo cosa siano i radicali liberi o lo stress ossidativo. Cerchiamo di fare chiarezza in questo articolo.
Cos'è lo stress ossidativo?
Lo stress ossidativo è una condizione di disequilibrio che si verifica quando i meccanismi antiossidanti non sono sufficienti a neutralizzare quelli pro-ossidanti. Questo porta ad un accumulo di ossidanti ed al danneggiamento di diverse strutture cellulari che può portare al danneggiamento delle cellule stesse. I danni che derivano dallo stress ossidativo vengono chiamati danni ossidativi. Solitamente le nostre difese fisiologiche riescono a mantenere un certo equilibrio, ma con l’avanzare dell’età diventano meno efficienti e i danni ossidativi si accumulano.
Cos'è l'ossidazione?
L’ossidazione è una reazione chimica che porta alla perdita di elettroni. La perdita di elettroni può essere per cessione da un composto ad un altro oppure può avviene nelle reazioni di ossidoriduzione. Le reazioni di ossidoriduzione (o redox) sono reazioni nelle quali una sostanza (detta ossidante) che reagisce con un’altra (detta riducente) perde elettroni; l’ossidante si riduce perché si riduce il suo numero di ossidazione e il riducente si ossida perché aumenta il suo numero di ossidazione.
Per capire meglio:
X è riducente quindi si ossida e perde elettroni formando la specie ossidata. Il numero di ossidazione aumenta da 0 a +2.
Y è ossidante, si riduce e acquista elettroni formando la specie ridotta. Il numero di ossidazione si riduce e passa da +2 a 0.
Le specie ossidate hanno caratteristiche diverse dall’analogo non ossidato e quando si parla di molecole biologiche questo può portare ad alterazione della funzionalità o modifiche indesiderate delle macromolecole (danno ossidativo). Per questo motivo si cerca di contrastare l’ossidazione e le specie ossidanti.
Gli ossidanti (ROS)
Come abbiamo visto, gli ossidanti sono molecole in grado di ossidare le molecole target. Per la pelle le specie ossidanti più importanti sono le specie reattive dell’ossigeno (o ROS, dall’inglese Reactive Oxigen Species). In questo gruppo possiamo distinguere specie radicaliche e non radicaliche.
Ma quindi, in pratica, cosa sono i radicali liberi?
I radicali (o radicali liberi) sono specie chimiche che possiedono un numero dispari di elettroni. Gli elettroni però viaggiano sempre in coppia quindi queste specie sono molto instabili e reattive e cercheranno altre specie con cui reagire per poter riaccoppiare l’elettrone spaiato e ripristinare l’equilibrio. Reagendo con altre molecole formano altri radicali liberi e possono generare una catena di reazioni che può propagarsi e danneggiare diversi bersagli (proteine, lipidi, DNA…).
ROS non radicalici:
• Ossigeno singoletto (1O2)
• Ozono (O3)
• Perossido di idrogeno (H2O2)
Il perossido di idrogeno (noto anche come acqua ossigenata) di per sé è poco reattivo ma può attraversare le membrane e reagire con metalli di transizione (ad esempio il Ferro) e generale il radicale idrossile, estremamente reattivo.
ROS radicalici:
• anione superossido (O2–)
• radicale idrossile (•OH)
• radicale perossile (ROO•)
• radicale peridrossile (HO2•)
• radicale alcossile (RO•)
Da dove vengono i ROS?
Origine endogena
I ROS vengono normalmente prodotti dal nostro corpo e possono avere origine enzimatica (come prodotti principali o sottoprodotti di reazione) o non enzimatica.
Possono originarsi in:
– mitocondri: i ROS fisiologici vengono principalmente prodotti nei mitocontri, dove l’anione superossido si forma dalla respirazione cellulare. Si stima che non meno dell’1-2% di tutto l’ossigeno consumato porti alla formazione di superossido. Essendo i mitocondri presenti solo nelle cellule vive, la respirazione cellulare e la conseguente produzione di ROS non avviene nelle cellule corneificate dell’epidermide, ma solo negli strati più profondi.
– perossisomi: i perossisomi sono organelli della cellula che si formano dal reticolo endoplasmatico. Nei perossisomi si genera perossido di idrogeno come sottoprodotto, ma può generarsi anche anione superossido.
– reticolo endoplasmatico: è un reticolo di membrane che si trova nella cellula e svolge diverse funzioni, ad esempio la sintesi di macromolecole. Nel reticolo endoplasmatico ci sono enzimi della famiglia del citocromo P450 che può generare anione superossido.
– membrane cellulari: sono in grado di produrre ROS, in particolare il superossido, che in questo caso non è un sottoprodotto di una reazione, ma viene volutamente prodotto come molecola segnale o arma di difesa verso i microrganismi.
– citosol: nel citosol si possono generare ROS (principalmente superossido) come sottoprodotto del metabolismo dell’acido arachidonico. Normalmente nella pelle i livelli di acido arachidonico sono molto bassi, ma possono aumentare in caso di infiammazione.
Inoltre nel citosol e negli organelli l’ossigeno può reagire con lo ione Ferro e generare il radicale idrossile, ad elevato potere ossidante.
Origine esogena
La pelle è l’organo che si trova a diretto contatto con l’ambiente e può essere facilmente raggiunta da fattori esterni che possono generare ROS.
Tra i fattori esterni che possono generare ROS:
– raggi UV
– altre radiazioni ionizzanti
– stress fisico o psicologico severo (ad esempio attività fisica intensa per tempi prolungati)
– assunzione di alcolici
– malnutrizione
– inquinamento ambientale
– condizioni patologiche e stati infiammatori. In questo caso i ROS sono prodotti da neutrofili (globuli bianchi) e macrofagi.
Effetti dei ROS
Effetti negativi (danno ossidativo)
I ROS possono reagire con le molecole biologiche e renderle non funzionali. I bersagli più importanti sono:
– proteine: se attaccate dai ROS possono accumularsi, frammentarsi o aggregarsi, diventando non funzionali. Vanno rimpiazzate. Se si tratta di enzimi, possono diventare inattivi.
– lipidi: i ROS attaccano i doppi legami degli acidi grassi polinsaturi, dando il via ad un fenomeno detto perossidazione lipidica. Poiché le membrane cellulari contengono lipidi, la perossidazione lipidica può portare ad alterazioni delle caratteristiche e della permeabilità delle membrane che possono avere anche gravi conseguenze per la cellula.
– acidi nucleici (DNA, RNA): se i ROS attaccano gli acidi nucleici, diversamente da proteine e lipidi, questi possono essere riparati da meccanismi complessi. Nonostante ciò possono verificarsi delle modifiche permanenti che possono portare a mutazioni, carcinogenesi e invecchiamento.
Effetti positivi
Se presenti in piccole quantità nella cellula, i ROS hanno anche effetti positivi:
– aumentano la produzione di antiossidanti da parte della cellula
– agiscono come molecole segnale e regolano le fasi della vita della cellula
– sono una difesa verso i microrganismi
Leggi anche:
– raggi UV
– antiossidanti nei cosmetici
– struttura e funzione della pelle
Riferimenti:
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