L’ossigeno è caratterizzato da un paradosso: è essenziale per la nostra vita ma è anche un elemento tossico se è ad alte dosi.
La fisiologia e la patologia non è relativa all’O2, che di per sé è un elemento inerte, ma alla sue forme reattive (ROS). I sistemi biologici, difatti, hanno imparato a rendere reattivo un elemento come l’ossigeno che di natura non lo è.
L’ossigeno è caratterizzato da un paradosso: è essenziale per la nostra vita ma è anche un elemento tossico se è ad alte dosi.
La fisiologia e la patologia non è relativa all’O2, che di per sé è un elemento inerte, ma alla sue forme reattive (ROS). I sistemi biologici, difatti, hanno imparato a rendere reattivo un elemento come l’ossigeno che di natura non lo è.
I ROS possono essere i radicali oppure altri elementi come l’acqua ossigenata che sono reattivi pur non essendo radicali. Oltre ai ROS esistono anche le specie reattive dell’azoto (RNS) come l’ossido nitrico che è un’importante molecola segnale.
La vita aerobia è caratterizzata da una situazione persistente di attacchi ossidativi. Lo stress ossidativo è dovuto a tutte le manifestazioni conseguenti all’esposizione ad un eccesso di ossidanti. Ciò si verifica in seguito a sbilanciamento tra i sistemi che producono ROS e quelli che li eliminano. Lo sbilanciamento si può realizzare o per iperproduzione di ROS o per deficit dei sistemi di detossificazione. Un esempio tipico di quest’ultimo caso è la carenza di vitamina E.
Le conseguenze dello stress ossidativo sono:
· Patologie neurodegenerative (Alzheimer e Parkinson);
· Patologie cardiovascolari;
· Diabete;
· Tumori.
La patologia associata allo stress ossidativo è dovuta a danni al Dna a cui si aggiungono i danni alle proteine e ai lipidi.
In topi da laboratorio lo stress ossidativo conseguente ad irradiazione ha comportato un invecchiamento precoce. Gli stessi effetti ha prodotto una dieta priva di vitamina E.
I ROS si producono in misura di circa il 4% dell’O2 consumato dai mitocondri. In virtù del sito di sintesi dei ROS il loro bersaglio prediletto è il mtDNA, meno il DNA nucleare. Il mtDNA viene riparato ma comunque col tempo esso si usura ed i mitocondri diventano meno efficienti: questo è uno dei meccanismi dell’invecchiamento.
I sistemi viventi non hanno tuttavia inventato dei sistemi per eliminare totalmente i ROS perché essi sono comunque importanti come segnali o in altri processi. Di conseguenza vi dev’essere un’omeostasi tra produzione e eliminazione. Una quantità troppo bassa di ROS provoca un deficit nella risposta proliferativa e nei meccanismi di difesa (burst respiratorio). Un eccesso di ROS al contrario non provoca solo danni da stress ossidativo ma è anche causa di un’alterazione delle vie di segnale: ad esempio essi possono essere interpretati come segnali di apoptosi perché agiscono su fattori trascrizionali, come p53, che sono in grado di stimolare l’apoptosi.
Quindi i ROS non producono solo danni ma sono anche essenziali in alcune funzioni importanti, come quella battericida. Anche in questo caso però c’è un aspetto positivo ed uno negativo: infiammazioni prolungate con grande produzione di ROS espongono al rischio dello stress ossidativo.
La superossido dismutasi ci difende dall’anione superossido. Questo enzima è stato trovato in tutti gli organismi viventi: ciò sta a testimoniare che in tutte le cellule sono presenti radicali dell’ossigeno.
In generale, oltre ai mitocondri, le principali sorgenti di radicali sono tutti quei siti in cui avvengono reazioni redox. Questo è dovuto al fatto che, essendo l’ossigeno ubiquitario (in particolare nelle membrane è solubile 6 volte più che nell’acqua), dove ci sono transizioni di elettroni liberi essi possono essere captati dall’ossigeno. Ogni volta che si produce anione superossido si crea anche acqua ossigenata che è molto tossica.
Le sorgenti principali di radicali sono i mitocondri, il REL dove avvengono i processi di detossificazione, nei leucociti per il burst respiratorio e negli eritrociti per i processi redox a carico dell’emoglobina.
I siti in cui gli attacchi ossidativi sono più pesanti sono le membrane, i mitocondri, il nucleo e le varie proteine.
