Radicali liberi e Stress Ossidativo

Ambrosia Lab

Tutte le specie viventi sono continuamente esposte ad agenti reattivi che aggrediscono gli organismi dall'esterno e dall'interno. Nel corso degli ultimi decenni, l'attenzione della ricerca si è concentrata in particolare sui radicali liberi a causa del loro coinvolgimento nei processi di insorgenza e sviluppo di numerose malattie.
I radicali liberi sono specie chimiche altamente instabili a causa della presenza nella loro struttura di uno o più elettroni spaiati. La peculiare distribuzione elettronica fa sì che i radicali liberi siano molto reattivi e cerchino di raggiungere uno stato più stabile accoppiandosi con altre molecole o atomi, “rubando” loro atomi di idrogeno o interagendo con altre specie radicaliche.
Una volta formatisi, i radicali liberi reagiscono rapidamente con altre molecole attraverso reazioni di ossido-riduzione (redox) al fine di raggiungere una configurazione elettronica stabile. Nel corso di questo tipo di reazione si assiste ad un trasferimento di elettroni tra i composti che partecipano alla reazione, in cui una specie perde elettroni (processo di ossidazione) a vantaggio di un'altra che li acquista (processo di riduzione): la molecola che perde elettroni è l'agente riducente, mentre quella che li guadagna è l'ossidante.
Quando un radicale libero reagisce con una specie non radicalica può perdere o guadagnare elettroni o semplicemente unirsi alla molecola stessa. In ogni caso la specie non radicalica si trasforma in un nuovo radicale che innesca una reazione a catena, in cui un radicale libero genera un altro radicale libero, fino a quando due radicali si incontrano fermando la cascata di reazioni.
I ROS (Reactive Oxygen Species) e altre specie radicaliche reattive vengono prodotti dalle cellule stesse durante i normali processi fisiologici, o possono avere origine esogena. All'interno dell'organismo sono normalmente rilasciati come sottoprodotti metabolici della respirazione aerobica, di alcuni processi enzimatici e di reazioni immunitarie, mentre tra i principali fattori esterni che portano alla formazione di radicali liberi ci sono inquinamento atmosferico, radiazioni ultraviolette, agenti chimici e stress.
In condizioni fisiologiche i sistemi viventi possiedono sistemi di difesa endogeni che proteggono le biomolecole strutturali e funzionali dall'attacco dei radicali liberi. Tali sistemi di difesa, che possono essere di tipo enzimatico (glutatione, superossido dismutasi, catalasi) e non enzimatico (molecole antiossidanti e vitamine assunte con la dieta), reagiscono con le specie radicaliche prima che queste possano attaccare le strutture biologiche, smorzandone il potenziale dannoso.
In assenza di questa “barriera antiossidante”, i radicali liberi reagiscono rapidamente con le biomolecole fondamentali per la vita, quali DNA, lipidi e proteine, causando danni cellulari di grave entità e perfino la morte delle cellule stesse.
A causa di una eccessiva esposizione a specie ossidanti altamente reattive, l'equilibrio tra radicali liberi e antiossidanti può venire meno; si innesca così una situazione di stress ossidativo, il quale è responsabile di importanti danni che compromettono la funzionalità di cellule e tessuti ed è associato a numerose patologie croniche, quali disturbi cardio-circolatori (aterosclerosi, ischemie, ictus), diabete, cancro, malattie neurodegenerative (es. morbo di Parkinson, Alzheimer). Inoltre, lo stress ossidativo è tra le principali cause dell'invecchiamento cellulare. I ROS infatti attaccano le catene polinsature dei lipidi provocandone l'ossidazione (perossidazione lipidica). L'alterazione delle catene lipidiche rappresenta un grave danno a carico delle membrane cellulari, le quali diventano maggiormente permeabili e perdono la loro efficienza, con conseguente invecchiamento precoce di cellule e tessuti.
Dal punto di vista chimico, i radicali liberi costituiscono un'ampia famiglia di composti che per semplificare possono essere suddivisi in due principali categorie: i ROS (Reactive Oxygen Species), che sono specie reattive contenenti ossigeno e che includono anche molecole non radicaliche quali i perossidi, e i RNS (Reactive Nitrogen Species) che comprendono le specie radicaliche dell'azoto (radicale ossido nitrico NO e il perossinitrito).
I ROS si formano fisiologicamente in piccole quantità come prodotti secondari del metabolismo respiratorio, ma possono essere generati in quantità elevata anche per effetto di fattori ambientali, quali le radiazioni UV e l'inquinamento, o per azione del sistema immunitario in seguito all'innescarsi di reazioni infiammatorie. I ROS comprendono sia specie radicaliche quali l'anione superossido, il radicale ossidrile ed i radicali idroperossilici, che specie non radicaliche, come il perossido di idrogeno (H2O2) e l'ossigeno singoletto. Il radicale idrossile e l'ossigeno singoletto sono le forme più reattive tra i radicali liberi, in quanto ossidano rapidamente tutte le molecole biologiche, in particolare grassi insaturi, proteine, acidi nucleici, provocando gravi danni alle cellule.


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