ROS: specie reattive dell’ossigeno
I ROS acronimo di Reactive Oxygen Species sono molecole chimiche o radicali liberi altamente reattivi. Possono essere deleteri per le biomolecole e portare a danni ossidativi coinvolti in numerose patologie sebbene svolgano un ruolo importante nell’omeostasi, nella segnalazione cellulare, nella regolazione del metabolismo o nella formazione della memoria attraverso la metilazione del DNA
Esempi di specie reattive dell’ossigeno sono:
- il radicale idrossile HO∙
- il radicale idroperossido HO2∙
- l’anione superossido ·O2–
- l’ozono O3
- il perossido di idrogeno H2O2
Tipi di ROS
Radicale ossidrile
Il radicale ossidrile è il più reattivo delle specie reattive dell’ossigeno ed è un energico ossidante.
Molte molecole organiche sono facilmente rimosse o degradate mediante radicali ossidrilici come, ad esempio, acidi, alcoli, aldeidi, aromatici, ammine, eteri e chetoni.
Può essere ottenuto da una soluzione acida contenente ferro (II) e perossido di idrogeno tramite la reazione di Fenton
Fe2+ + H2O2 →Fe3+ + OH·+ OH–
Il radicale OH· reagisce con i composti organici secondo la reazione:
OH· + RH → R· + H2O
che porta alla formazione di un radicale alchilico. Il radicale ossidrile è impegnato in reazioni veloci, con un’energia di attivazione prossima allo zero, il che significa che non è in grado di diffondere, ha una vita molto breve ed è debolmente selettivo verso i bersagli molecolari.
Radicale idroperossido
Si forma secondo le seguenti reazioni:
O2 + 1 e– → O2– ·
O2– ·+ H+ → HO2·
Dalla reazione di due radicali si ottiene perossido di idrogeno:
2 HO2·→ H2O2 + O2
Anione superossido
L‘anione superossido si può formare durante l’ossidazione dell’emoglobina a metaemoglobina ed è ottenuto dal sistema immunitario per debellare i microbi.
Può essere generato da due fonti principali: la catena respiratoria mitocondriale e la NADPH ossidasi. Quest’ultima è un enzima appartenente alla classe delle ossidoreduttasi. L‘anione superossido pertanto, è un sottoprodotto della respirazione e un componente cruciale del sistema di difesa immunitario. Nonostante i valori relativamente alti del suo potenziale redox, non è un buon riducente né un buon ossidante nei confronti della maggior parte dei substrati biologici a causa dei bassi valori della costante di velocità
Antiossidanti
I mammiferi, compreso l’uomo, hanno sviluppato una serie di difese antiossidanti per proteggere le biomolecole vitali dalle specie reattive dell’ossigeno e dai relativi danni mediati dalle varie specie
Esistono tre principali modalità di azione degli antiossidanti:
- eliminazione diretta delle specie reattive dell’ossigeno già formate
- inibizione della formazione delle specie reattive dell’ossigeno dalle loro fonti cellulari
- rimozione o riparazione dei danni o delle modifiche causate dalle specie reattive dell’ossigeno
Esistono molti tipi diversi di antiossidanti classificati in vari modi. Ad esempio, la superossido dismutasi è un enzima antiossidante endogeno, mentre la vitamina C è un antiossidante ampiamente conosciuto derivato da una varietà di fonti alimentari.
Difese antiossidanti
Le specie reattive dell’ossigeno e le specie correlate sono mediatori delle risposte infiammatorie. Inoltre essi attivano anche la segnalazione cellulare, aumentando la produzione e il rilascio di citochine, perpetuando così le risposte infiammatorie. Tuttavia, le risposte infiammatorie eccessive o prolungate causano danni ai tessuti e, come tali, costituiscono un importante meccanismo fisiopatologico di un’ampia varietà di malattie umane
Stress ossidativo
Nel 1985 il tedesco Helmut Sies coniò il termine stress ossidativo che si riferisce a una condizione in cui i livelli delle specie reattive dell’ossigeno sopraffanno significativamente la capacità delle difese antiossidanti, portando a potenziali danni in un sistema biologico.
La condizione di stress ossidativo può essere causata da un aumento della formazione delle specie reattive dell’ossigeno o da una ridotta attività degli antiossidanti o da entrambi. La condizione di stress ossidativo è associata al danno ossidativo alle biomolecole, incluse proteine, lipidi e acidi nucleici.
Se i danni dello stress ossidativo compromettono le funzioni vitali della cellula questa va incontro a fenomeni regressivi a cui si associano disordini di tipo cronico degenerativo