Antiossidanti

Antiossidanti

Gli antiossidanti sono composti chimici in grado di ritardare o inibire le reazioni di ossidazione, cioè i processi per cui alcune sostanze degradabili, all'interno o all'esterno dell'organismo, si combinano con l'ossigeno con conseguente deterioramento delle loro proprietà originarie. Le reazioni di ossidazione, che nell'organismo sono associate alla genesi di numerose patologie e del processo di invecchiamento, sono determinate sia da agenti ossidanti, costituiti prevalentemente da ossigeno e suoi derivati attivi (radicali liberi, ossigeno singoletto, idroperossidi, acqua ossigenata), sia da elementi o composti in grado di venire ossidati (ferro e altri elementi allo stato ridotto, acidi grassi insaturi, aldeidi ecc.). Di composti con attività antiossidante esistono moltissimi esempi in natura, sia nel mondo vegetale sia in quello animale; altri sono ottenuti per sintesi chimica. I vari antiossidanti, pur avendo lo stesso effetto finale, differiscono tra loro per meccanismo d'azione e punto di attacco. Molti composti ad attività antiossidanti sono utilizzati come additivi (v.) in preparazioni e prodotti alimentari.

I radicali liberi dell'ossigeno

In questi ultimi anni, notevole attenzione è stata posta ai radicali liberi dell'ossigeno, composti ossidanti in grado di provocare reazioni a catena cui è stata associata la genesi di diversi stati morbosi, come aterosclerosi, artrite reumatoide e tumori, e dello stesso fenomeno fisiologico dell'invecchiamento. La ragione della potenziale pericolosità biologica dei radicali liberi dell'ossigeno risiede nella loro elevata reattività chimica. Si tratta infatti di molecole provviste di uno o più elettroni spaiati capaci di esistenza indipendente, e dunque molto reattive a causa della loro tendenza a riformare la coppia elettronica. I radicali liberi dell'ossigeno sono diffusi nell'ambiente biologico e possono formarsi nelle cellule di organi e tessuti durante la riduzione dell'ossigeno ad acqua (anione superossido •O₂⁻, radicale idrossile •OH). L'anione superossido (•O₂⁻) è il radicale libero con maggiore longevità e può muoversi dal suo sito di formazione interagendo con strutture cellulari distanti. In generale, però, il danno alla cellula è provocato dal radicale idrossile •OH, prodotto della conversione dell'anione superossido. Questa conversione avviene attraverso la dismutazione spontanea dell'•O₂⁻ ad acqua ossigenata, che, reagendo con metalli quali il ferro, forma il radicale idrossile:

2•O₂⁻ + 2H+ → H₂O₂ + O₂

Fe⁺² + H₂O₂ → Fe⁺³ + •OH + OH⁻

Oltre che formarsi spontaneamente nell'organismo, i radicali liberi possono esservi introdotti con il fumo, l'aria inquinata dal traffico, o determinati farmaci o alimenti in cui si trovano già formati. La maggiore pericolosità dei radicali liberi per la cellula deriva dalla loro capacità di iniziare la reazione di perossidazione degli acidi grassi polinsaturi delle membrane cellulari, la cui conseguenza è la formazione di una serie di prodotti finali, come gli idroperossidi dei lipidi e le aldeidi, che sono tossici. Le aldeidi, infatti, e in particolare la malonaldeide e la 4-idrossinonenale, possono diffondere lontano dal sito di formazione, e oggi si ritiene che il disturbo delle funzioni cellulari da parte dei radicali liberi sia mediato da esse.

I radicali liberi nella genesi di aterosclerosi, tumori e invecchiamento

Le lipoproteine plasmatiche a bassa densità (LDL, Low density lipoproteins) sono i maggiori trasportatori di colesterolo (v.) nell'organismo umano e la loro concentrazione è ritenuta un fattore di rischio per la comparsa di aterosclerosi. Negli ultimi anni, tuttavia, vari studi hanno messo in evidenza come la modificazione ossidativa delle LDL da parte dei radicali liberi sia uno dei principali responsabili della lesione aterosclerotica, risultando la presenza di LDL ossidate associata alla gravità della patologia. Lo stato ossidativo del colesterolo sembra pertanto essere più importante della quantità di colesterolo circolante. Si ipotizza che le LDL ossidate siano fagocitate dai macrofagi mediante recettori che riconoscono solo queste forme modificate delle lipoproteine, con conseguente accumulo di esteri del colesterolo all'interno dei macrofagi, formazione delle cellule schiumose e quindi della placca ateromatosa.Il ruolo dei radicali liberi nella genesi dei tumori è stato suggerito da numerosi studi sulle lesioni all'acido desossiribonucleico (DNA). Si è osservato che in certe condizioni di stress ossidativo, che provocano un aumento di formazione di anione superossido e di acqua ossigenata, si ha un attacco diretto del radicale idrossile al DNA, che danneggerebbe la molecola di desossiribosio del DNA e le basi puriniche e pirimidiniche, come recentemente evidenziato nell'uomo dalla presenza del composto 8-idrossi-2-desossiguanosina.

La teoria ossidativa ipotizza quale causa principale dell'invecchiamento le reazioni radicaliche endogene su cui possono influire componenti genetiche e ambientali. La teoria è stata suggerita dalla presenza di prodotti di degradazione perossidativa, quali i pigmenti tessutali fluorescenti, in soggetti anziani. Si è poi osservato che in diverse specie animali la longevità appare correlata con l'attività di un enzima deputato alla protezione dall'anione superossido, la superossido dismutasi. Più recentemente, numerosi studi hanno confermato la possibilità che i cambiamenti fisiologici dovuti all'invecchiamento siano dovuti a reazioni ossidative. Infatti, sia in pazienti con invecchiamento precoce sia in ratti in fase di invecchiamento, si è osservato un aumento delle modificazioni ossidative a carico delle proteine, che dà luogo a forme enzimatiche meno attive.

Sistemi di difesa antiossidativa

La dimostrazione del ruolo dei radicali liberi nei processi fisiopatologici indicati ha messo in rilievo l'importanza del mantenimento nell'organismo di un equilibrio tra componenti suscettibili alla perossidazione e sistemi di difesa antiossidativa. Per evitare il danno che i radicali liberi dell'ossigeno o di altri composti ossidanti possono arrecare alle strutture cellulari, l'organismo possiede sistemi di difesa antiossidativa sia enzimatici sia non enzimatici. I primi comprendono gli enzimi glutatione perossidasi (solubile e di membrana), in grado di rimuovere gli idroperossidi dei lipidi, catalasi, che rimuove l'acqua ossigenata, e superossido dismutasi, che rimuove l'anione superossido. Questi enzimi sono considerati degli antiossidanti preventivi, in quanto attenuano l'iniziazione della perossidazione lipidica. Tra i sistemi non enzimatici, anche i chelatori di metalli di transizione circolanti, come le proteine transferrina e ceruloplasmina, sono considerati antiossidanti preventivi in quanto chelano il ferro, evitando così la formazione del radicale idrossile. Accanto a questi sistemi di prevenzione, all'interno della cellula e nel plasma esistono degli antiossidanti esogeni, introdotti con la dieta, in grado di bloccare la catena di propagazione del danno prodotto dai radicali. Di questa seconda categoria fanno parte le vitamine liposolubili E, A, il β-carotene e altri carotenoidi, nonché composti idrosolubili, quali vitamina C, glutatione e acido urico. La vitamina E agisce nella fase lipidica delle strutture cellulari e del plasma ed è capace di interagire direttamente con il radicale libero per mezzo del suo gruppo fenolico. Il β-carotene e la vitamina A agiscono con un meccanismo diverso ma non meno efficace, interagendo attraverso i loro doppi legami coniugati con i radicali liberi. Recentemente è stata evidenziata nel plasma l'attività antiossidante di un altro carotenoide (il licopene), presente in quantità significative in diversi vegetali. Tra i composti idrosolubili, la vitamina C, o acido ascorbico, rappresenta il più potente antiossidante: la presenza di quattro gruppi idrossilici e la sua ossidazione reversibile ad acido deidroascorbico sono gli aspetti chimici più importanti della sua attività fisiologica. Esiste inoltre un sinergismo tra vitamina C e vitamina E: quando la vitamina E è ossidata da un radicale, essa viene subito rigenerata dalla vitamina C, che agisce prontamente a livello dell'interfaccia lipidi-acqua nelle cellule e nel plasma. Altri importanti antiossidanti idrosolubili sono i composti fenolici, diffusamente presenti nel mondo vegetale e in particolare nella frutta, quali i flavonoidi e gli acidi fenolici.Un ruolo importante assumono anche alcuni minerali quali il selenio, componente dell'enzima glutatione perossidasi, il rame e lo zinco, coinvolti nell'azione dell'enzima superossido dismutasi.

Bibliografia

Free radicals: from basic science to medicine, ed. G. Poli, E. Albano, M.U. Dianzani, Basilea, Birkhauser Verlag, 1993.

Handbook of antioxidants, ed. E. Cadenas, L. Packer, New York, M. Dekker Inc., 1996.