Danni cellulari da radicali liber

La vita dei radicali liberi è molto breve e si svolge nelle immediate vicinanze della sede di produzione. Tuttavia, se non sono subito neutralizzati da un accettore fisiologico, i radicali attaccano i diversi costituenti endocellulari entro un raggio d’azione variabile secondo il tipo di radicale stesso.

I radicali liberi manifestano la loro attività tossica solo quando sono prodotti con una velocità o in una quantità tale da non poter essere inattivati dai sistemi di difesa della cellula. In questo caso sono in grado di reagire con tutti i costituenti della cellula e della matrice cellulare, determinando una condizione chiamata “stress ossidativo”.

141 Tutte le classi di molecole biologiche sono potenziali “target” per l’attacco dei radicali liberi. Pertanto, i radicali liberi se presenti nella quantità corretta sono indispensabili alla vita, poiché aiutano le cellule del nostro sistema immunitario a combattere le infezioni e a difendersi dai batteri e controllano, inoltre, il tono della muscolatura liscia, che regola il funzionamento degli organi interni e dei vasi sanguigni.

Nel momento in cui se ne producono troppi o quando l’organismo non riesce più a controllarli, possono diventare veramente molto pericolosi, per la presenza dell’elettrone “spaiato”, che le rende specie chimiche molto instabili, quindi molecole estremamente reattive, alla continua ricerca di altre molecole da ossidare, per ristabilire il proprio equilibrio atomico e quindi una maggiore stabilità. In questo modo i radicali liberi innescano una reazione a catena, che finisce per alterare irreversibilmente la struttura chimica dei composti cellulari. Queste specie reattive hanno pertanto la tendenza a cedere il proprio elettrone spaiato a un non radicale o a ricevere un elettrone da un’altra molecola, in modo da formare una coppia di elettroni.

Qualunque reazione si verifichi, la specie non radicale si trasforma in un radicale libero, capace di estendere il danno, in una reazione a catena in grado di auto- mantenersi ed amplificarsi. La reazione termina in una fase in cui i radicali liberi sono consumati attraverso una ricombinazione in prodotti stabili, detto processo di arresto della reazione a catena (Pryor, 1976).

L’azione distruttiva dei radicali liberi è indirizzata soprattutto sulle cellule, attraverso tre reazioni particolarmente importanti:

o Perossidazione dei lipidi di membrana. I radicali liberi possono danneggiare le membrane plasmatiche e quelle degli organelli mediante perossidazione lipidica, attaccando i doppi legami degli acidi grassi polinsaturi e generando dei radicali perossilici. Questi a loro volta, sottraendo radicali idrogeno ad una molecola vicina, generano degli idroperossidi lipidici, molto instabili e reattivi, che instaurano una reazione a catena auto-catalitica, detta propagazione. La perossidazione oltre ad auto-mantenersi, è accelerata dalla presenza di ioni metallici quali ferro e rame. Attraverso questi eventi un radicale libero può formare centinaia di idroperossidi lipidici, che accumulandosi determinano gravi alterazioni funzionali a livello di membrane, di organelli e della cellula, perché essi stessi agiscono da catalizzatori nella formazione di ulteriori specie reattive dell’ossigeno. Attaccati sono

142 generalmente gli acidi grassi polinsaturi a lunga catena, che costituiscono i lipidi microsomiali, alterando la morfologia del reticolo endoplasmatico e determinando la perdita di attività della Glu-6 P-fosfatasi, degli enzimi della sintesi proteica e perdita della capacità epatica di sintetizzare e secernere LDL;

o Modificazioni ossidative delle proteine. Le proteine possono essere modificate dai radicali attraverso reazioni ossidative, a livello sia delle catene laterali sia della catena proteica, provocandone la frammentazione, mediante reazioni di alchilazione di gruppi sulfidrilici o attraverso la formazione di legami crociati tra proteine. Le stesse possono in questo modo perdere alcune delle loro proprietà o essere addirittura trasformate in complessi inerti.

o Lesioni del DNA. Particolarmente dannosa è l’azione dei radicali liberi a livello del DNA, provocando scissione delle catene polinucleotidiche del DNA nucleare e mitocondriale, per reazione con la timina. Probabilmente questo danno è coinvolto nel processo d’invecchiamento della cellula e nella trasformazione maligna della stessa, per l’eventuale formazione di ponti che possono provocare fenomeni di mutazione, carcinogenesi o morte cellulare. Sono, pertanto, alterate le informazioni genetiche con conseguenti errori nella replicazione degli acidi nucleici (Fig. 5.1).

143 5.2.3. Ruolo dei radicali nella patologia umana

L’azione continua dei radicali liberi si evidenzia soprattutto nel precoce invecchiamento delle cellule e una loro eccessiva presenza può avere un ruolo determinante nella comparsa di numerose malattie gravi. Sono coinvolti nell’insorgenza di malattie cardiovascolari quali:

− ischemia miocardia, laddove grandi quantità di radicali liberi come OH.,O2- e 1O2 , si formano durante la riperfusione del miocardio ischemico (Boleslaw et al., 1999); − ipertrofia miocardia, nella cui transizione può essere coinvolto lo stress ossidativo

(Pawan et al., 1999);

− aterosclerosi, in cui cellule endoteliali, macrofagi monociti-derivati e cellule muscolari lisce, generano dei radicali, a loro volta responsabili della formazione di LDL ossidate. Varie sono le evidenze che ritengono le LDL ossidate responsabili dell’aterogenesi e, quindi, di particolari situazioni tipiche dell’aterosclerosi, come il contenuto di colesterolo nei macrofagi e la formazione delle cellule schiumose; − patologie cardiache coronariche, nella cui patogenesi è coinvolta l’istamina, capace

di intensificare la produzione di specie reattive dell’ossigeno dai leucociti, a loro volta coinvolte nello sviluppo delle patologie cardiache coronariche (Stremoukhov, 2001).

A livello celebrale i radicali liberi possono essere correlati a patologie come la sclerosi multipla, il Morbo di Parkinson o di Alzheimer, l’ischemia cerebrale o neuropatie.

A livello respiratorio altra importante azione di ossidoriduzione i radicali liberi la esercitano nella genesi dell’enfisema polmonare. Infatti, l’esposizione a sostanze ossidoriducenti, come quelle presenti nel fumo di sigaretta, determina un’ossidazione del sito 358-metionina della molecola dell’alfa-1-antitripisina che è inattivata, con conseguente squilibrio del sistema di difesa antielastasi polmonare. L’alfa-1-antipisina è il principale rappresentante di un sistema di difesa antiproteasico.

I radicali liberi inducono degenerazione molecolare correlata all’invecchiamento, agendo sulle varie macromolecole di fondamentale importanza per la vita cellulare, come il DNA, sul quale hanno un’azione mutagena; le proteine, delle quali vengono modificate le funzioni; o ancora i lipidi di membrana, che per perossidazione lipidica, si alterano, perdendo la loro fluidità e alterando la comunicazione tra le cellule.

144 È stato dimostrato che l’assunzione durante tutta la vita di sostanze antiossidanti, come la vitamina E, rallenta il processo di invecchiamento.