Attività antiossidante

Recenti lavori suggeriscono che le crucifere del genere Brassica, come cavoli, broccoli, cavolini di Bruxelles, e cavolfiore contengano notevoli quantità di glucosinolati (i precursori degli isotiocianati) e di polifenoli a cui è attribuita la potenziale azione antiossidante e detossificante nei confronti delle cellule e dei tessuti. Inoltre questi vegetali sono un’ottima fonte di antiossidanti naturali grazie agli elevati livelli di carotenoidi, tocoferolo e acido ascorbico che possiedono.

Glucosinolati

Tra i composti solforati (organosulfuri) vi sono i glucosinolati, (GLS) sostanze di cui sono ricchi i vegetali appartenenti alla famiglia delle Brassicaceae. Chimicamente i glucosinolati (GLS) sono costituiti da β-D-tioglucosio, una parte glucidica unita tramite legame tioglucosidico ad un’ossima sulfonata, ed una catena laterale (R) variabile di natura amminoacidica. Quest’ultima può presentare gruppi alifatici, aromatici, o eterocicli (indolo), e proprio queste diverse caratteristiche strutturali determinano le proprietà chimico-fisiche e biologiche dei GLS e dei loro derivati (Barba F. J. et al., 2016; Valgimigli L. e Iori R. 2009)

I GLS sono un gruppo di sostanze fitochimiche che comprende una miscela di più di 300 differenti composti largamente distribuiti nella famiglia delle Brassicaceae e responsabili del caratteristico odore e sapore pungente di queste verdure (Bjorkman M. et al., 2011; Kakizaki T. et al., 2017).

Gli effetti benefici delle Brassicaceae sulla salute si pensa siano mediati dai metaboliti secondari e dai prodotti di degradazione degli inerti glucosinolati: gli isotiocianati. Dagli studi condotti fino ad ora, in vivo, che implicavano l’assunzione orale di differenti prodotti vegetali (in toto, di un estratto o singole molecole) emergono risultati non sempre concordanti, dai quali non è possibile identificare con chiarezza i principali composti responsabili degli effetti osservati. Non è ben chiaro se i molti effetti benefici delle Brassicaceae siano da attribuirsi ai glucosinolati (isotiocianati) o alle complesse interazioni dei numerosi phytochemicals (fitochimici) presenti nell’intero vegetale. Sembra pertanto riduttivo attribuire unicamente ad una singola classe di molecole i possibili effetti benefici che potrebbero essere il risultato invece delle proprietà dell’intero vegetale e dell’interazione sinergica delle diverse molecole contenute in esso. A tale proposito alcuni studi hanno messo in evidenza che l’insieme dei phytochemicals presenti in un vegetale intero conferirebbe maggiore protezione rispetto alle singole classi di molecole con un’ulteriore riduzione del potenziale rischio tossicologico (Holst B. e Williamson G., 2004).

Il contenuto di glucosinolati nella pianta dipende da molti fattori come le varietà delle diverse piante, le condizioni di crescita, le condizioni climatiche e la distribuzione tessuto specifica all’interno della pianta (Fuentes F. et al., 2015). I germogli di Brassicaceae contengono livelli più elevati di composti fenolici e GLS rispetto alle piante adulte (Ferruzza S. et al., 2016).

I glucosinolati sono relativamente stabili nelle piante, tuttavia se il tessuto della pianta è danneggiato durante operazioni di preparazione come taglio o tritatura, o durante la masticazione, i GLS sono convertiti in isotiocianati (ITC) attraverso l’idrolisi enzimatica dovuta all’azione di una β-tioglucosidasi la mirosinasi (MYR) (Barba F. J. et al., 2016; Melega S. et al., 2013). L’enzima MYR è normalmente immagazzinato separatamente dai glucosinolati in differenti cellule o compartimenti cellulari a seconda della specie della pianta (ad esempio nei vacuoli cellulari). Solo al momento della triturazione delle varie parti della pianta nel corso della masticazione l’enzima può entrare in contatto con i GLS, inoltre la presenza di questo enzima a livello della microflora intestinale contribuisce a rendere ulteriormente disponibili gli isotiocianati di origine alimentare (Barba F. J. et al., 2016). La reazione di idrolisi dei glucosinolati da parte di MYR produce una molecola β-D-glucosio e un aglicone instabile il tioidrossiammato-o-sulfonato. Il riarrangiamento spontaneo di questo intermedio (riarrangiamento di Lossen) dà origine a vari prodotti la cui struttura dipende dalla natura della catena laterale (R) dei glucosinolati e dalle condizioni fisico-chimiche del mezzo. Per esempio un ph acido e la presenza di ioni Fe2+ favorisce la formazione di nitrili. Ph neutri invece favoriscono la formazione di isotiocianati (Barba F. J. et al., 2016).

Figura 3 Reazioni enzimatiche di idrolisi dei glucosinolati e i loro prodotti.

Nonostante i glucosinolati siano molecole con caratteristiche acide e idrofiliche, diversi studi descrivono un loro assorbimento a livello intestinale (Barba F. J. et al., 2016; Bheemreddy R. M. e Jeffery E. H., 2007; Cwik M. J. et al., 2010). Date queste caratteristiche chimiche, è stato ipotizzato un loro assorbimento passivo a livello gastrico, mentre nell’intestino avverrebbe attraverso pori acquosi, mediante trasporto attivo o facilitato (Holst B. e Williamson G., 2004).

Diversamente dai loro precursori, gli isotiocianati, grazie alle caratteristiche lipofile, al peso molecolare relativamente basso e alle ridotte dimensioni, presentano un alto coefficiente di ripartizione acqua-ottanolo, che favorisce il loro assorbimento intestinale per diffusione passiva. La disponibilità tissutale degli isotiocianati inoltre, è stata

descritta essere di circa sei volte superiore rispetto ai glucosinolati intatti (Shapiro T. A. et al., 2001).

Sempre più evidenze suggeriscono che i derivati dai glucosinolati up-regolino enzimi di fase II attraverso l'interazione con la proteina citoplasmatica-ancoraggio Keap 1 (Kelch- like proteina ECH-associata 1), la quale reprime il fattore di trascrizione Nrf2 (NF-f2- correlato fattore 2), un fattore di trascrizione che si lega, in combinazione con piccole proteine MAF, agli elementi di risposta antiossidante (AREs), le quali si trovano nelle regioni del promotore di molti antiossidanti e enzimi di biotrasformazione di fase II.

Polifenoli

“I composti fenolici” è un termine generico che si riferisce ad un gran numero di composti (oltre 8.000) ampiamente dispersi all’interno di tutto il regno vegetale e caratterizzati dall'avere almeno un anello aromatico del benzene con uno o più gruppi ossidrilici legati (Cartea M. E. et al., 2011; Scalbert A. e Williamson G., 2000).

Questa struttura consente a tali composti di funzionare attivamente da scavenger per stabilizzare i radicali liberi, agenti riducenti, chelanti di metalli pro-ossidanti e quencher della formazione di ossigeno singoletto (Rice-Evans C. A., 1995; Scalbert A. e Williamson G., 2000).

Essi possono essere classificati, in base al numero e alla disposizione dei loro atomi di carbonio, in flavonoidi (flavonoli, flavoni, flavan-3-oli, antocianidine, flavanoni, isoflavoni e altri) e non flavonoidi (acidi fenolici, idrossicinnamati, stilbeni e altri) e si trovano comunemente coniugati con zuccheri e acidi organici. Il gruppo maggiormente diffuso di polifenoli all’interno del genere Brassica sono i flavonoidi (principalmente flavonoli, ma anche antociani) e gli acidi idrossicinnamici.

I flavonoidi sono la più ampia classe di polifenoli presenti in natura, ne sono stati descritti più di 4000. Essi hanno una struttura comune costituita da due anelli aromatici A e B e da un anello benzopiranico C (Figura 4) possono a loro volta essere divisi in 6 sottoclassi in funzione del tipo di eterociclo coinvolto: flavonoli, flavoni, isoflavoni, antocianidine e flavanoli (catechine e pro-antocianidine). Nelle piante essi sono presenti soprattutto come glicosidi e la loro attività biologica dipende sia dalle differenze strutturali che dai

modelli di glicosilazione. Flavonoli si accumulano nei tessuti esterni, poiché la loro biosintesi è stimolata dalla luce (Tsao R., 2010).

Figura 4 struttura base di un flavonoide e struttura base delle antocianidine

All'interno dei flavonoidi, gli antociani o antocianine sono il gruppo più importante di pigmenti vegetali, considerati anche come componenti multifunzionali per la loro attività antiossidante e altre proprietà biologiche benefiche. Essi sono particolarmente evidenti nella frutta e nei tessuti dei fiori dove sono responsabili del colore rosso, blu e viola. Inoltre, si trovano anche nei tessuti delle foglie, steli, semi e radici. La struttura chimica delle antocianine determina la stabilità, l'intensità del colore e la potenziale attività biologica. L’antocianina più comune nelle colture di Brassica è la cianidina (Cartea M. E. et al., 2011).

L'attività antiossidante di composti fenolici dipende dalla sua struttura chimica che conferisce loro proprietà redox. Possono giocare un ruolo importante nel neutralizzare le specie reattive dell'ossigeno (ROS). Le specie reattive dell'ossigeno, derivanti da processi di ossidazione, a bassi livelli sono coinvolte nella trasduzione del segnale mediata da segnali redox e regolano diversi meccanismi molecolari alla base di processi di infiammazione, proliferazione cellulare, apoptosi, difesa immunitaria e altro. Se però la generazione di radicali liberi diventa eccessiva e vi è uno squilibrio tra ROS e i meccanismi di difesa antiossidante, i ROS generano stress ossidativo portando ad esempio a modifiche ossidative a livello di membrane cellulari.

Pertanto, antiossidanti, come i composti fenolici, sono considerati possibili agenti protettivi, che, riducendo il danno ossidativo nel corpo umano, ritardano il progresso di molte malattie croniche.

La capacità antiossidante delle Brassicaceae è stata correlata al suo profilo fenolico, soprattutto flavonoidi, poiché i composti fenolici hanno dimostrato un’attività antiossidante superiore rispetto alle vitamine e carotenoidi (Cartea M. E. et al., 2011).