Specie reattive dell’ossigeno

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. I ROS sono tra i radicali liberi derivati dall’ossigeno.

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.

Cosa sono i ROS?

Nei sistemi biologici, vi sono molecole che possono portare alla formazione di radicali liberi, tra cui l’ossigeno, il quale può diventare nocivo quando si manifesta un aumento della concentrazione dei suoi intermedi altamente reattivi, creando stress ossidativo. Le specie reattive dell’ossigeno sono identificate con la sigla ROS (Reactive Oxigen Species). Le specie reattive dell’ossigeno, sono radicali liberi in grado di innescare reazioni a livello cellulare che si auto-alimentano, causando stress ossidativo.

I ROS presenti nel nostro organismo possono essere composti radicalici e non radicalici.

Tra i principali composti radicali si ricordano:

  • Superossido
  • Idrossile
  • Idroperossile
  • Alchilperossile
  • Alcossile

Tra i principali composti non radicali si ricordano:

  • Perossido di idrogeno
  • Acido ipocloroso
  • Ozono
  • Ossigeno
  • Lipidi perossidici
Specie reattive dell'ossigeno - ROS

Principali specie reattive dell’ossigeno (ROS)

Ione superossido

ione superossido

Lo ione superossido (O2•) è presente in tutte le cellule degli organismi aerobi ed è precursore di tutti i ROS presenti nell’organismo.

Esso agisce ossidando numerosi substrati come fenoli e i gruppi tiolici portando all’inattivazione di numerosi enzimi.

La sua formazione avviene per riduzione dell’ossigeno molecolare tramite la seguente reazione:

O2 + e –> O2

Lo ione superossido, inoltre,  può essere ridotto a perossido di idrogeno attraverso reazioni di dismutazione e di riduzione, oppure può essere riconvertito ad ossigeno molecolare per cessione di un elettrone, secondo questa reazione:

2 O2 + 2 H –> O2 + H2O2

Il radicale superossido nell’organismo reagisce con proteine, lipidi, polisaccaridi e acidi nucleici, ma la sua reattività è relativamente bassa rispetto a quella di altri radicali. La sua azione tossica dipende soprattutto dalla produzione di perossido di idrogeno (H2O2) e dalla reazione con essa, che porta alla formazione del radicale idrossile (OH•).

Radicale ossidrile

Radicale ossidrile

Il radicale idrossilico (OH•) è una delle specie chimiche più reattive a causa del suo elevatissimo potenziale Red/Ox (E0=+2.310 V).

È capace di acquisire idrogeno non attivo a temperatura ambiente, reagendo con quasi tutte le molecole chimiche.

Si forma dalla reazione di fotolisi dell’acqua ossigenata ma anche da reazioni che coinvolgono lo ione superossido, la reazione di produzione è la seguente:

O2• + H2O2  –> OH• + OH + O2

In condizioni fisiologiche ha una funzione protettiva in quanto è generato dai fagociti attivi in risposta all’azione dannosa data da agenti patogeni. Tuttavia, una produzione eccessiva dello stesso è dannosa per la cellula in quanto è coinvolto nelle reazioni iniziali della perossidazione lipidica, processo nel quale i lipidi vengono ossidati perdendo un elettrone con la conseguente formazione di un radicale perossile.

La perossidazione lipidica porta alla formazione di metaboliti come le aldeidi, molecole utilizzate come marker di riconoscimento in alcune patologie quali disturbi neurodegenerativi, ischemia e diabete.

Perossido d’idrogeno

Perossido d'idrogeno

Il perossido d’idrogeno si genera dalla conversione dello ione superossido attraverso reazioni di dismutazione e di riduzione. Una volta formato viene facilmente convertito a radicale idrossilico.

Il perossido di idrogeno raggiunge concentrazioni intracellulari comprese tra 10-7 e 10-9 M; l’azione tossica è data dalla sua capacità di attraversare le membrane cellulari e generare radicali idrossilici. L’acqua ossigenata o perossido d’idrogeno viene prodotta a livello cellulare tramite la riduzione dell’ossigeno ad opera di enzimi presenti nei perossisomi. Pur non essendo un radicale è considerato una specie dannosa in quanto la sua interazione con le forme ridotte di alcuni ioni  metallici può portare alla formazione del radicale idrossilico e lo ione ossidrilico.

Tra queste reazioni, quella che avviene con maggior frequenza è la reazione di Fenton che avviene tra il perossido d’idrogeno e il ferro bivalente:

H2O2 + Fe2+ –> OH• + OH + Fe3+

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.

Lovell M.A., Ehmann W.D., Buffer B.M., Markesberry W.R. 1995. Elevated thiobarbituric acid reactive substances and antioxidant enzyme activity in the brain in Alzemers disease.

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