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Prof. Niccolò TaddeiUniversità degli Studi di Firenze
Radicali liberi e stress ossidativoRadicali liberi e stress ossidativo
15 Aprile 2015, Liceo Scientifico “James Joyce” Ariccia (RM)
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Radicali liberi
Atomi o molecole che contengono elettroni spaiati
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Radicali liberi
• Estrema reattività ed instabilità
• Breve emivita (nanosecondi, millisecondi)• Breve emivita (nanosecondi, millisecondi)
• Capaci di generare reazioni a catena
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Reazione a catena
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Meccanismo di formazione dei radicali liberi
• Rottura omolitica di legami covalenti
• Rimozione di elettroni da atomi o molecole con assetto• Rimozione di elettroni da atomi o molecole con assettoelettronico stabile (calore, radiazioni, sostanze esogene)
• Processi ossido-riduttivi che implicano il trasferimento di un soloelettrone su accettori con assetto elettronico stabile(coinvolgimento di ioni metallici come Fe++ o Cu+)
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Possibili cause per la formazione dei radicali liberi
Radiazioniionizzanti
Fumo
Metabolismo
LuceUV
Formazione dei radicali liberi
Infiammazione
Inquinamento
Globuli bianchi
Mitocondrio DANNO DEL DNA
(nell’aria)
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Formazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS)
La molecola di O2 può accettare un elettrone per volta…
.
un elettrone per volta…
… generando specie radicaliche!
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Effetti delle ROS
Lipidi(perossidazione acidi grassi dimembrana)
ROSROS
O2-•
H2O2
OH•
DNA (modificazionidelle basi, rottura)
Proteine(modificazioni, denaturazione,idrolisi)
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Effetti delle ROS
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Effetti delle ROS sui lipidi di membrana
Alcuni prodotti di degradazione:
Malondialdeide (MDA)
Idrossialchenali
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Effetti delle ROS sul DNA
Danno ossidativo Alcuni prodotti di degradazione:Danno ossidativo Alcuni prodotti di degradazione:
Basi modificate come 8-oxoguanina, 5-idrossicitosina, ecc.
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Morte cellulare da ROS
Quando i danni sono estesi Necrosi
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Morte cellulare da ROS
Quando i danni sono estesi Necrosi
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Morte cellulare da ROS
Quando i danni sono di minore entità Apoptosi
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Morte cellulare da ROS
Quando i danni sono di minore entità Apoptosi
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Le difese antiossidanti
Sistemi enzimatici (superossido dismutasi, catalasi, perossidasi)
Scavengers di radicali liberi o antiossidanti sacrificali
- liposolubili (es. vitamina A, vitamina E)
- idrosolubili (es. vitamina C, glutatione)
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Le difese antiossidanti
Superossido dismutasi:
• forma citosolica (Cu-Zn)• forma mitocondriale (Mn)• forma extracellulare (Cu-Zn)
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Le difese antiossidanti
Catalasi:
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Le difese antiossidanti
Glutatione perossidasi e glutatione reduttasi:
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Le difese antiossidanti
Scavangers: vitamina E e vitamina C
Vitamina C
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Gli antiossidanti negli alimenti
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Resveratrolo
Acido
rosmarinico
Antiossidanti naturali
Capsaicina
Curcumina
Allicina
Epigallocatechina gallato
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Antiossidanti naturali
La curcuminacurcumina (radice della Curcuma longa). Essa conferisce il tipico colore (e sapore) al curry.
Azione antiinfiammatoria e antiossidante. E’ impiegata da secoli nella medicina orientale.
Scarsa biodisponibilità in presenza di piperina
Assunzione alimentare tollerata fino a 12 g/die
Effetti pro-ossidanti a concentrazioni elevate
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Stress ossidativo
Perdita di equilibrio tra la formazione delle ROS e i meccanismi difensivi capaci di contrastare l’azione di queste sostanze
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Stress ossidativo
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Stress ossidativo
• Malattie neurodegenerative
• Aterosclerosi
• Diabete mellito
• Malattie cardiovascolari
• Malattie autoimmuni
• Cancro
• Retinopatia del prematuro
• Malattie dermatologiche
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Modello sperimentale
Cellule muscolari cardiache (H9c2)
Induzione stress ossidativo(ipossia-riossigenazione in
modular incubator chamber)modular incubator chamber)
Osservazione effetti:
• markers di stress ossidativo• morte cellulare• possibili interventi protettivi