Radicali liberi

Introduzione

I radicali liberi, sono i principali responsabili dello stress ossidativo, con questo termine si indica uno squilibrio tra agenti antiossidanti e pro-ossidanti in un organismo, determinando un conseguente accumulo di essi a livello tessutale e cellulare.

Formazione dei radicali liberi

La formazione di un radicale libero avviene in seguito all’acquisizione o alla perdita di un elettrone oppure tramite il fenomeno di fissione omolitica di un legame. Tuttavia, anche un esposizione prolungata ai raggi ultravioletti, ad alte temperature e ad agenti fisici e chimici può portare alla formazione di radicali liberi.

Nei sistemi biologici, vi sono molecole che possono portare alla formazione di radicali, tra cui l’ossigeno, il quale può diventare nocivo quando si manifesta un aumento della concentrazione dei suoi intermedi altamente reattivi portando alla formazione di ROS (Reactive Oxigen Species), e l’azoto il quale produce RNS. In genere l’acronimo RONS comprende entrambe le categorie.
A livello cellulare la formazione dei radicali liberi può avvenire tramite il normale svolgimento delle funzioni fisiologiche. Ad esempio, tra i fattori endogeni si assiste ad una produzione di radicali:

  • Nei mitocondri, dove avviene la respirazione cellulare, basata sul trasporto
  • degli elettroni nella catena respiratoria
  • Nei perossisomi, dove si ha produzione di perossido di idrogeno in seguito alla beta ossidazione degli acidi grassi
  • Ad opera dei citocromi P-450, enzimi ad attività ossidasica, che producono radicali come sottoprodotto
  • Dalle ciclo ossigenasi di membrana, enzimi ossidasici deputati alla trasformazione dell’acido arachidonico in prostaglandine
  • Dalle cellule citotossiche del sistema immunitarioFattori radicali liberi

I radicali liberi, possono essere prodotti anche da fattori esogeni, tra cui:

  • Inquinamento
  • Droghe e farmaci
  • Fumo e alcol
  • Raggi ultravioletti e radiazioni ionizzanti
  • Stress psicofisico prolungato
  • Additivi e sostanze tossiche presenti negli alimenti o sviluppate durante la loro cottura

Per difendersi dall’azione dannosa dei radicali, la cellula attua diversi sistemi antiossidanti, classificati in due classi in base al meccanismo con cui agiscono. Vi sono antiossidanti di primo livello, rappresentati da enzimi in grado di ritardare la formazione dei radicali oppure tramite agenti che interferiscono con la propagazione delle reazioni radicaliche,  terminando la reazione oppure determinando la formazione di radicali meno reattivi.

Se i radicali, una volta formati, non vengono neutralizzati, si innescano reazioni a catena con azione potenzialmente dannosa nei confronti delle macromolecole biologiche.

Processo di formazione dei radicali liberi

I principali passaggi che portano alla formazione di radicali liberi sono:

  1. Innesco
  2. Propagazione
  3. Terminazione

Reazione di formazione dei radicali liberi

  1. La fase di iniziazione porta alla formazione di specie radicaliche, e consiste nella scissione omolitica di un iniziatore per effetto della luce e della temperatura, o di reazioni ossido riduttive (ad esempio la riduzione di O2 a O2, ione superossido).
  2. Durante la fase di propagazione, i radicali reagiscono con altri composti, generando nuovi radicali. La reazione di un radicale alchilico con l’ossigeno porta alla formazione di radicali perossidici e specie reattive dell’ossigeno (ROS), dannosi a livello biologico.
    Durante la fase di propagazione, si può osservare la generazione di migliaia di radicali con conseguente degenerazione dei substrati per ossidazione.
    A causa dell’elevatissima reattività, i radicali hanno mediamente un’emivita brevissima (10-6 secondi).
  3. La fase di terminazione comprende reazioni radicaliche che portano a termine il ciclo, svolto generalmente con l’accoppiamento di due radicali.

Questi meccanismi sono alla base delle reazioni di stress ossidativo e possono alterare profondamente i processi fisiologici.

Effetti dei radicali liberi

Di seguito sono citate le principali patologie umane, in cui è stato dimostrato un coinvolgimento dell’azione dei radicali liberi.

  • Patologie a carico del sistema respiratorio:
    • Enfisema
    • Fibrosi cistica
    • Asbestosi
    • Fibrosi polmonare
  • Patologie a carico del sistema cardiovascolare:
    • Aterosclerosi
    • Ipertensione
    • Patologie renali
    • Tossicità dei metalli pesanti
    • Insufficenza renale cronica
  • Patologie a carico del sistema nervoso:
    • Morbo di Alzheimer
    • Morbo di Parkinson
    • Sclerosi multipla
    • Distrofie muscolari
    • Tossicità da alluminio
    • Emorragia cerebrale
    • Encefalopatia allergica
  • Patologie ematiche:
    • Anemia falciforme
    • Favismo
    • Anemia di Fanconi
    • Malaria
  • Patologie oculari:
    • Cataratta
    • Degenerazioni retiniche
  • Patologie della cute:
    • Porfirie
    • Danno da radiazioni
  • Processi infiammatori:
    • Malattie autoimmuni
    • Artrite reumatoide
    • Ischemia
    • Infarto del miocardio
    • Ictus
  • Altre patologie:
    • Diabete
    • Alcolismo
    • Danno epatico tossico
    • Pancreatite acuta

Nonostante numerosi studi abbiano dimostrato il coinvolgimento delle reazioni ossidative nelle varie patologie umane, è difficile determinarne il ruolo e l’azione dei radicali liberi in modo preciso.

Tuttavia è noto che, ridurre i livelli di stress ossidativo e di radicali ilberi può interrompere la catena di eventi degenerativi e rallentare la progressione del danno biologico. 

Difesa dai radicali liberi

Per difendersi dall’azione dannosa dei radicali, la cellula attua diversi sistemi antiossidanti, classificati in due classi in base al meccanismo con cui agiscono. Vi sono antiossidanti di primo livello, rappresentati da enzimi in grado di ritardare la formazione dei radicali oppure tramite agenti che interferiscono con la propagazione delle reazioni radicaliche,  terminando la reazione oppure determinando la formazione di radicali meno reattivi. Se i radicali, una volta formati, non vengono neutralizzati, si innescano reazioni a catena con azione potenzialmente dannosa nei confronti delle macromolecole biologiche.

Bibliografia

Bagchi K., Puri S. 1998. Free radicals and antioxidants in health and disease. East Mediterranean.

Lobo V., Patil A., Chandra N. 2010. Free radicals, antioxidants and functional foods: impact on human health. Pharmacognosy Reviews.

CSOx, Centro per lo studio e la cura dello Stress Ossidativo. Patologie coinvolte nello stress ossidativo.

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