In biologia, con il termine antiossidante si descrive una molecola che ha il compito di neutralizzare le specie reattive dell'ossigeno (ROS) evitandone la formazione o, qualora queste fossero già presenti, convertendole in molecole meno reattive o innocue.
La presenza di antiossidanti, garantisce alla cellula una sufficiente protezione contro il cosiddetto stress ossidativo limitando i danni, specialmente a carico della membrana cellulare, dell'ossidazione. Gli ossidanti provocano un danno diretto alla cellula poiché sono capaci di alterare strutture importanti sia per il metabolismo sia per la sopravvivenza della cellula stessa. Lo stress ossidativo colpisce perlopiù il DNA, provocandone alterazioni capaci di rendere la cellula metabolicamente instabile. In alcuni casi, il danno al DNA è talmente grave da permettere la trasformazione in una cellula cancerosa.
Classificazione
Gli antiossidanti possono essere classificati in base alla loro natura endogena o esogena. Gli antiossidanti endogeni sono biosintetizzati all'interno della cellula e, per questo motivo, sono anche definiti antiossidanti costitutivi. Gli antiossidanti esogeni, invece, sono introdotti attraverso la dieta.
Classificazione degli antiossidanti in endogeni ed esogeni.
In linea generale, gli antiossidanti possono agire a monte, impedendo la formazione delle specie reattive dell'ossigeno oppure a valle, limitando la reattività delle specie reattive dell'ossigeno.
La ferritina, ad esempio, è una proteina coinvolta nell'accumulo e nel metabolismo del ferro; la sua capacità di sequestrare il ferro la rende anche un antiossidante che agisce a monte; il controllo del ferro in eccesso, ad esempio, impedisce la formazione dell'anione superossido prodotto mediante la reazione di Fenton.
Sistema SOD/Glutatione
Il sistema associato SOD (superossido dismutasi)/glutatione è un meccanismo enzimatico per la neutralizzazione del superossido. La superossido dismutasi è un isoenzima che può presentare, nel centro catalitico, differenti metalli.
I procarioti possiedono delle varianti che presentano un atomo di ferro (Fe-SOD) o magnesio (Mn-SOD). Negli eucarioti, oltre alla variante Fe-SOD, esiste una isoforma enzimatica che possiede un atomo di rame e uno di zinco (Cu-Zn-SOD). I due atomi metallici sono legati da un ponte d'istidina. Nel centro catalitico, inoltre, il rame è circondato da due istidine e lo zinco da due istidine e un residuo di aspartato.
Semireazioni
L'enzima superossido dismutasi catalizza due, sequenziali, reazioni. Nella prima il superossido reagisce con il rame, riducendolo.
SOD-Cu++ + O2- → SOD-Cu+ + O2
Nella seconda reazione il rame è nuovamente ridotto a Cu++, nella reazione intervengono due protoni e una seconda molecola di superossido.
SOD-Cu+ + O2- +2H+ → SOD-Cu++ + H2O2
Il perossido di idrogeno, o acqua ossigenata, prodotto è una molecola molto reattiva. Per la sua neutralizzazione interviene il sistema glutatione perossidasi/glutatione che catalizza la reazione seguente:
2H2O2 + 2GSH → 2H2O + GSGH
Il glutatione è ridotto dalla glutatione reduttasi, un enzima che utilizza, come cofattore il NADP, largamente proveniente dalla via dei pentoso fosfati.
GSSG + NADPH → 2GSH + NADP
Vitamina E
La vitamina E è un importante antiossidante, che protegge la membrana cellulare dall'azione del radicale idrossile. È una vitamina liposolubile e, per questa ragione, non ha difficoltà né a inserirsi né a permanere nel doppio strato fosfolipidico. L'alfa-tocoferolo è una molecola, facente parte del gruppo E, particolarmente significativa per la protezione della membrana cellulare.
Struttura dell'alfa-tocoferolo.
In assenza del tocoferolo, il radicale idrossile rende instabile un fosfolipide, facendolo diventare un radicale che, ciclicamente, reagisce con l'ossigeno riformando un nuovo radicale idrossile. Queste reazioni possono distruggere la membrana cellulare. Quando il radicale idrossile reagisce con l'alfa-tocoferolo, la reazione a catena di radicalizzazione si blocca poiché - per effetto della risonanza - la reattività del radicale tocoferolico è minore rispetto a quella dei limitrofi fosfolipidi. La vitamina C, ripristina il tocoferolo e, a sua volta, è ripristinata dall'intervento del glutatione.
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