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Vitamina E e Stress Ossidativo

Scritto da Gabriele. Postato in Salute & Benessere

Evitare la perossidazione lipidica risulta fondamentale per godere di ottima salute.

La vitamina E agisce come un potente antiossidante cellulare che impedisce l'ossidazione di sostanze fortemente insature, con un'azione di risparmio nei confronti della vitamina A, degli acidi polinsaturi e della vitamina C.

Presiede all'integrità delle componenti fosfolipidiche della membrana citoplasmatica, esercitando la funzione di “ scavenger free-radicals”.

Dall'irrancidimento di alcuni alimenti, oli, margarine, grassi alimentari con ossidazione degli acidi grassi polinsaturi, ( linoleico, linolenico ) si formano sostanze instabili chiamate iperossidi che distruggono le vitamine liposolubili, in particolare la vitamina E.

La vitamina E si trova in natura sotto forma di alfa-tocoferolo, un alcool derivato dal fitolo e dal metil-idrochinone. La produzione di vitamina sintetica, tocoferolo e tocotrienolo avviene tramite la condensazione di trimetil-idrochinone con isofitolo, il prodotto ottenuto è una miscela formata da quattro racemi di cui uno solo è biologicamente attivo.

Oltre all' alfa-tocoferolo, esistono numerosi altri tocoferoli presenti in natura, ma la loro attività biologica è minore. La vitamina E si presenta sotto forma di otto isomeri, quattro tocoferoli TF e quattro tocotrienoli TT, i tocoferoli differiscono dai tocotrienoli per la natura delle catene laterali, i tocoferoli hanno una catena satura e i tocotrienoli una insatura con tre doppi legami.

All'interno di ciascun gruppo differiscono nel numero e nella posizione del gruppo metile dell'anello aromatico, oltre all'alfa-tocoferolo, avremo le forme beta, gamma e delta, ciascuno con anelli aromatici e con un idrossile donatore di un atomo di idrogeno.

La vitamina E è assorbita nell'intestino dove viene emulsionata ad opera dei sali biliari e rilasciata sotto forma di chilomicroni nel sangue, dove circola legata alla beta-lipoproteina; il processo di legame tra la vitamina e la beta- lipoproteina avviene nel fegato, favorito da una proteina legante specifica, la TBF ( alfa-tocoferolo binding protein), è questa una proteina dal peso molecolare di 36,6 Dalton e che presenta una omologia strutturale con la retinaldeide cellulare Si ritrova anche nel tessuto adiposo, nel rene, nel cuore, nei muscoli e nella corteccia surrenale.

L'eccedenza di vitamina viene eliminata con le feci sotto forma di alfa-tocoferilidrochinone e alfa-tocoidrochinone; una piccola parte, viene metabolizzata a lattone, coniugata con acido glucuronico ad eliminata con le urine.

Il ruolo principale della vitamina E è quello di contrastare l'azione dei radicali liberi agendo come un potente antiossidante nei confronti di questi ultimi.

 

I radicali liberi, sono atomi o gruppi di atomi dotati di elettroni spaiati che possono formare un legame chimico. Sono caratterizzati dalla presenza di un singolo elettrone non appaiato nell'orbitale più esterno, questa configurazione è altrimenti nota come struttura paramagnetica; è proprio questa struttura che conferisce all'ossigeno una estrema reattività con diverse molecole biologiche.


Chimicamente instabili e generalmente presenti in basse concentrazioni,tendono a strappare un elettrone dalle molecole stabili per raggiungere a loro volta la stabilità elettrochimica. In condizioni normali, inducono reazioni a catena che avvengono molto lentamente; in effetti, una volta che il radicale libero è riuscito ad appaiare il suo elettrone, la molecola donatrice, precedentemente stabile, si trasforma a sua volta in radicale libero perché si trova ora con un'elettrone spaiato, innescando così una reazione a catena.

 

La vita media di un radicale libero è di pochissimi microsecondi, sufficienti però, a causare danni irreversibili alle molecole e alle membrane cellulari. con tutto quello che c'è intorno, in alcuni casi tuttavia, questo processo può essere accelerato se intervengono iniziatori di reazioni a catena, ad esempio altri radicali liberi.

 

Le fonti esogene che generano i ROS ( Specie Reattive all'Ossigeno) nell'organismo sono: gli antibiotici, la chemioterapia, l'esposizione a radiazioni ultraviolette e ionizzanti, oltre che al danno da contaminanti ambientali. Le fonti endogene sono il metabolismo cellulare dell'ossigeno, le reazioni di ossido riduzione come si verifica nella fagocitosi batterica e nell'autossidazione delle catecolammine, sintesi delle prostaglandine, ossidazione di ipoxantina e xantina.

 

Un ruolo molto importante è giocato dalla perossidazione lipidica come si verifica ad esempio nella membrana cellulare.
La membrana cellulare detta anche bilayer cellulare è una barriera lipoproteica che delimita le cellule eucariotiche e procariotiche. E' formata da un doppio strato lipidico costituito in prevalenza da fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo. Sono molecole anfifile, dotate cioè di un polo idrofilo e di un polo idrofilo.

 

Il polo idrofilo è orientato verso l'esterno della membrana, mentre il polo idrofobo si orienta verso l'interno della stessa. All'interno del doppio strato lipidico sono alloggiate le molecole proteiche deputate allo svolgimento delle varie funzioni della membrana cellulare; funzioni enzimatiche,canali, recettori e antigeni di vitale importanza per l'interazione tra una cellula e l'altra, ormoni e altri agenti regolatori del liquido extracellulare.

 

E' proprio la ricchezza dei lipidi di membrana che rende ragione dell'importanza della vitamina E, infatti oltre all'azione antiossidante svolge un ruolo determinante a livello di fisiologia biochimica nel regolare ordinamento della membrana lipidica, specialmente nei fosfolipidi di membrana ricchi di acido arachidonico. La catena laterale fitile, può interagire con il doppio legame cis dell'acido arachidonico stabilizzando la struttura di membrana proteggendola dall'ossidazione e minimizzando gli attacchi della fosfolipasi.

 

Perossidazione lipidica iniziata dal radicale R·: :

 

1) PUFA ---> LH + R· ---> L ·+ RH

 

2) L· + O2 ---> LOO·

 

3) LH + LOO· ---> L· + LOOH

 

4) LOOH + Men+ ---> LO· + Me(n-1)+ ---> LOOH + Me(n-1)+ --> LOO· + Men+

 

1) Fase di iniziazione della perossidazione lipidica iniziata dal radicale R· che reagisce a sua volta con il gruppo metilico di un PUFA (Acido grasso polinsaturo)

 

2) Fase di propagazione l'ossigeno molecolare reagisce con il radicale carbossilico per formare il lipoperossido LOO· 3) Questo può sottrarre un idrogeno ad un altro PUFA come nella fase iniziale 4) la reazione ha termine con la formazione del prodotto stabile della perossidazione, l'idroperossido lipico, prodotto della conversione di numerose molecole di PUFA in idroperiossido.

 

In presenza di metalli di transizione presenti nel plasma, soprattutto ferro l'idrossiperossido lipico può generare radicali capaci di reiniziare l'iperossidazione per attività ossido-riduttiva di questi ioni metallici.

 

I meccanismi che portano alla formazione dei radicali liberi nei sistemi biologici sono diversi:

 

rottura di molecole covalenti in cui ciascuno dei frammenti trattiene un elettrone

 

cattura di un elettrone da parte di una molecola recettrice , ad esempio l'ossigeno che forma il superossido.

 

autogenerazione di radicali liberi, quando i radicali liberi reagiscono con composti come gli acidi grassi polinsaturi che contengono dieni coniugati che facilmente formano radicali liberi e perossidi.

 

La formazione dei radicali liberi richiede tre fasi:

 

A) Iniziazione, in questa fase i radicali liberi vengono prodotti;

 

B) Propagazione, quando la reazione a catena porta alla formazione di nuovi radicali liberi;

 

C) Terminazione, quando i radicali liberi vengono distrutti.

 

Affinché si verifichi il processo di iniziazione nei materiali biologici, occorre o la presenza di una sorgente esterna di energia, come i raggi U.V. , oppure, l'interazione dell'ossigeno con un elettrone libero durante le reazioni di ossido-riduzione.

 

E' quest'ultima inevitabile, poiché reazioni di ossido riduzione avvengono comunemente nelle cellule, di conseguenza queste forme di ossidazione chiamate “stress ossidativo” non deve essere comunque interpretato come un fenomeno esclusivamente citotossico; La biosintesi dei radicali liberi avviene perché strettamente legato alla natura aerobia degli esseri viventi, come risultato finale dei processi ossido-riduttivi delle molecole organiche.

 

Nelle ultime decenni , gli sforzi dei ricercatori si sono orientati verso lo studio dei processi ossidativi che concorrono alla fisiopatologia di numerose infermità a carattere degenerativo. L'ossigeno elemento indispensabile per la vita delle cellule aerobie, è anche implicato nella progressiva degenerazione di queste, dalla prima fase dello sviluppo fino alla senescenza. Un elettrone libero sarà indotto a reagire con l'ossigeno trasformandosi in superossido, radicale libero altamente reattivo:

 

O2+ e¯ --> O2°¯

 

in queste razioni alcuni metalli come ad esempio il ferro o il rame, possono fungere da accettori o donatori di elettroni nel loro passaggio da una valenza all'altra dando luogo alla reazione di Fenton.

 

Fe3+ + O2 ---> ·- Fe2+ + O2

 

Fe2+ + H2O2 ---> Fe3+ + OH- + OH·-

 


Un'altra specie reattiva all'ossigeno è l'ossigeno singoletto (102). Si genera quando gli elettroni eccitati dalla luce cedono la loro energia di eccitazione ad uno degli elettroni di ossigeno spaiati.

 

I ROS possono inoltre formarsi durante la dismutazione dell' O2·- come si verifica ad esempio nella reazione di Haber-Weis e per decomposizione del perossido; queste reazioni producono gravi danni alle membrane, al DNA e agli amminoacidi.

 

O2·- + H2O2 ---> 102 + OH·- + OH-

 

2O2·- + 2H+ 102 + H2O2 ---> O2·- H2O2 OH·-

 

Substrato endogeno cellulare ---> Proteine- Lipidi-Idrati di carbonio- DNA

 

Il processo di propagazione dei radicali liberi, avviene principalmente tramite reazioni di trasferimento o di addizione, che sono implicate nel danno provocato dagli acidi grassi insaturi nelle membrane cellulari. La reazione di terminazione, quella più auspicabile avviene con l'inattivazione dei radicali liberi ed è ovviamente il processo mediante il quale le cellule attivano i loro meccanismi di protezione. La terminazione, nei sistemi biologici avviene per:

 

a) inattivazione del superossido O2°¯ reazione catalizzata dall'enzima superossido dismutasi SOD scoperta nel 1969 da McCord e Frodovich, l'enzima fu isolato negli eritrociti e catalizza la reazione:

 

2 O2- + 2 H+ ---> H2O2 + O2

 

Chimicamente è la dismutazione di due molecole di radicale superossido O2- in cui una molecola si ossida ad O2 e l'altra si riduce a H2O2 con un processo simultaneo di riduzione ed ossidazione.

 

b) per l'intervento di antiossidanti endogeni come il glutatione, la cisteina e la vitamina E. La vitamina E può agire eliminando i radicali liberi e interrompendo la reazione a catena che porterebbe alla massiccia perossidazione dei PUFA presenti nei lipidi di membrana.

 

Infatti, i radicali perossidici reagiscono con la vitamina E con una velocità di reazione 1000 volte superiore rispetto ai PUFA; in questo modo viene ad essere interrotta la propagazione della reazione a catena, prevenendo l'ulteriore ossidazione dei lipidi.

 

La costante di reazione dei tocoferoli con i vari radicali perossidici varia da 1 x10(alla quarta) fino a 1x109 mol L-1 s-1 . Questa grande reattività è di notevole importanza per le membrane, perchè i tocoferoli nel reagire con i radicali perossidici lipidici generano idroperossidi lipidici più stabili.

 

I radicali tocoferolici interrompono la reazione radicalica a catena proteggendole dalla perossidazione lipidica. In effetti nel plasma e negli eritrociti, la vitamina E è il principale agente antiossidante liposolubile che protegge i lipidi contro il danno ossidativo.

 

E' l'espressione quantitativa di vitamina E a determinare la suscettibilità del danno da agenti ossidanti tali come i radicali idrossilo, alcoolico, perossidico, l'ossigeno singoletto e vari metalli legati all'ossigeno nei microsomi e negli epatociti. Il radicale tocoferossilico formatosi sulla membrana viene ridotto da agenti riducenti idrosolubili come l'ascorbato e il glutatione.

 

Il radicale tocoferossilico può essere ridotto a tocoferolo per reazione con il glutatione catalizzato da un isoenzima specifico della membrana: il perossido glutatione , perossidasi selenio dipendente. Da qui l'importanza di questo oligoelemento il quale oltre al suo ruolo di antiossidante nell'eliminazione dei prodotti della perossidazione lipidica, gioca anche un ruolo determinante nell'azione di recupero della vitamina E.

 

Oltre al glutatione, è stata descritta l'azione dell'ascorbato come agente riduttore. L'acido ascorbico rigenera la vitamina E per una via non enzimatica a differenza del glutatione che segue una via enzimatica. L'interazione con la vitamina C si ha tra molecole solubili in acqua e lipidi delle membrane nell'interfase membrana-citosol con un'azione diretta per la rigenerazione della vitamina e dal vivo.

 

L'antiossidante è quindi una sostanza capace di neutralizzare l'azione ossidante dei radicali liberi. Il problema per la salute è l'eccesso dei radicali liberi prodotti da contaminanti esterni introdotti nell'organismo sotto forma di contaminanti ambientali, il fumo della sigaretta che produce idrocarburi aromatici, gli errori alimentari, come l'eccessivo consumo di grassi animali e l'invecchiamento.

 

Nell'organismo che invecchia si ha perossidazione dei lipidi con danni alle membrane cellulari. Infatti il riscontro di notevoli quantità di lipofucsina nel fegato sembra avallare questa teoria.

 

L'aumento della perossidazione dei lipidi nelle persone anziane potrebbe essere conseguenza di:

 

un continuo incremento della formazione di radicali liberi causato da contaminanti ambientali;

 

una diminuita disponibilità di antiossidanti;

 

perdita o diminuita attività di alcuni enzimi che catalizzano l'inattivazione dei radicali liberi come ad esempio la superossido dismutasi.

 

Quando all'interno del compartimento intracellulare, il livello delle Specie Reattive all'Ossigeno ROS (agenti ossidanti o no che possono essere convertiti facilmente in radicali) è maggiore rispetto alle difese antiossidanti della cellula, si verifica lo stress ossidativo con ripercussioni dannose per l'integrità della membrana cellulare.

 

Lo stress ossidativo è in definitiva uno stato in cui incorre la cellula quando viene ad essere alterato il sistema omeostatico di ossido riduzione intracellulare, come dire il bilancio tra specie pro-ossidanti e specie antiossidanti, per un eccessiva produzione di specie reattive ROS o per uno stato deficitario dei meccanismi antiossidanti.

 

All'interno della cellula lo stato di ossido riduzione è frutto dell'equilibrio tra la parte ossidata e quella ridotta delle varie componenti del comparto cellulare.

 

Il tripeptide GSH ( L- glutamil-L-cistenil- glicina) è un regolatore omeostatico dello stato di ossido-riduttivo cellulare. Presente nella cellula in percentuale dell'1% nella sua forma ossidata (GSSG),è invece largamente presente in forma ridotta ( GSH ).

 

Di conseguenza un leggero sbilanciamento dell'equilibrio verso la forma ossidata avrà delle ripercussioni notevoli dello stato di ossido-riduzione generale.

 

Un antiossidante è una struttura molecolare in grado di prevenire o evitare l'ossidazione di un'altra cellula, agendo per interazione e stabilizzazione dei ROS, oppure portando questi ultimi ad una configurazione più stabile e minore reattività.

 

Le sostanze antiossidanti rappresentano un gruppo di elementi che ricoprono un ruolo molto importante nel mantenimento della funzione omeostatica, quale appunto il controllo del livello fisiologico delle specie reattive.

 

Gli antiossidanti vengono comunemente raggruppati in due categorie; nella prima sono comprese quelle molecole a struttura complessa e ad elevato peso molecolare che costituisce il gruppo degli enzimi antiossidanti.

 

Nella seconda troviamo incluse le molecole di dimensioni di gran lunga inferiori sia per peso molecolare che per struttura chimica: vitamine E e C, Glutatione ridotto GSH, acido urico, vitamina A, composti fenolici. Ognuna di queste specie è deputata alla stabilizzazione di una o più specie reattive all'interno del compartimento cellulare adeguato.

 

Per un'azione protettiva veramente efficace è richiesta l'azione sinergica di tre enzimi, che partecipano riducendo le specie reattive superossido e perossido di idrogeno a molecole più stabili come acqua e ossigeno, evitando contemporaneamente la formazione di specie ossigenate più reattive attraverso le reazioni di Haber-Weiss e Fenton.

 

La superossido dismutasi SOD, la catalasi e il glutatione perossidasi. La superossodo dismutasi agisce nella dismutazione dei radicali O2 a H2O2. Le varianti molecolari di questi enzimi sono la Cu/Zn-SOD localizzata nel citosol e MnSOD mitocondriale.

 

La catalasi catalizza la dismutazione e perossidazione di due molecole di H2O2 trasformandole in ossigeno e acqua. Ha una velocità di reazione altissima e questo fa si che sia l'agente antiossidante più efficace per questa specie.

 

Il glutatione perossidasi riduce l'idroperossido in perossido organico ROOH via via che ossida il suo substrato fisiologico il GSH a glutatione ossidato GSSG Esistono diverse varianti molecolari , alcune selenio dipendenti a struttura pentamerica, altre selenio indipendenti a struttura dimerica. Tra le molecole glutatione perossidasi selenio dipendente esiste una a localizzazione intralipidica ossia agisce sopra gli idroperossidi formatosi all'interno della membrana cellulare.

 

I meccanismi non enzimatici comprendono molecole come il glutatione, l'acido ascorbico ( Vitamina C ) il beta-carotene ( vitamina A ), i tocoferoli (vitamina E), proteine che trasportano i metalli come la cupreina e la ferritina.

 

La vitamina C costituisce l'antiossidante più abbondante nel sangue, mentre la vitamina E è l'antiossidante liposolubile maggiormente rappresentato. Gli antiossidanti esogeni provengono dalla dieta. Tra questi troviamo la vitamina E, la vitamina C, la vitamina A. tra i componenti minerali introdotti con la dieta troviamo il selenio che, come già ricordato agisce sinergicamente con la vitamina E. Altri composti antiossidanti introdotti con la dieta sono i polifenoli, un gruppo di antiossidanti presenti in frutta e verdura, flavonoidi, acidi fenolici e tannini queste sostanze sono capaci di catturare le specie reattive all'ossigeno consumandosi in questo processo.

 


Sistema di difesa cellulare contro i radicali liberi:

 

1. Enzimatico

 

· Superossodo Dismutasi (SOD)
· Catalasi )
· Glutatione Perossidasi

 

2. Non enzimatico

 

· alfa-tocoferolo (Vitamina E)
· Acido ascorbico (Vitamina C)
· beta-carotene o Provitamina A
· Proteine Trasportatrici di Metalli di Transizione
· Polifenoli

 

Indicatori biochimici dello stress ossidativo

 

Gli effetti dello stress ossidativo si possono misurare tramite accurate valutazioni delle modificazioni molecolari che si verificano per ossidazione non controllata metabolicamente, mediante la valutazione quantitativa dei diversi prodotti che si generano.

 

Infatti il presupposto è che durante la fase di stress ossidativo non controllato, molecole suscettibile allo stress ossidativo, acidi nucleici, proteine e soprattutto lipidi, liberano delle sostanze specifiche ben individuabili e che assumono il ruolo di marcatori specifici.

 

Tra tutti il più studiato è la malondialdeide, assunto a marcatore specifico della perossidazione lipidica, misurabile nelle urine, nel siero e nei tessuti istologici. Per lo studio dell'ossidazione delle proteine le ricerche attuali si sono indirizzate verso lo studio dei gruppi carbonilici identificabili con i disolfuri proteici prodotti finale dell'ossidazione dei gruppi tiolici ridotti, tra questi il più studiato è il glutatione ridotto.

 

Una particolare attenzione è stata fatta per i marcatori del danno ossidativo sul DNA, tra tutti il marcatore di elezione è l'ossidazione della guanina in posizione 8 ( 8-ossi-2'desossiguanina ).

 

Allo stato attuale risulta sicuramente il marcatore che più di tutti è in grado di dare una misura valida dello stress ossidativo in vitro come in vivo, soprattutto perché il suo potenziale effetto mutageno potrebbe aprire la strada ad ulteriori sviluppi circa il suo ruolo come indice di trasformazione cellulare.

 

Se volete approfodire vi consiglio :

 

Colombo ML. An update on vitamin E, tocopherol and tocotrienol-perspectives.

 

Fridovich I, 1997. Superoxide anion radical (O2.-). Superoxide dismutases and related matters

 

Moretti M. Quevedo J, Role of oxidative stress in the pathophysiology of bipolar disorder. Laboratory of Neurosciences and National Institute for Translational Medicine, Postgraduate Program in Health Sciences, Health Sciences Unit, University of Southern Santa Catarina.


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