I radicali liberi sono agenti di varia natura accomunati dalla capacità di ossidare, cioè di sottrarre uno o più equivalenti riducenti (elettroni o atomi di idrogeno) a un gran numero di atomi o molecole organiche.
Il termine radicali e la locuzione radicali liberi sono spesso utilizzati con lo stesso significato. Il primo radicale libero stabile (trifenilmetile) è stato individuato da Moses Gomberg (1900) e l’azione negativa dei radicali liberi fu descritta per la prima volta dal premio Nobel 1995 Denham Harman e si esplica soprattutto sui grassi delle membrane cellulari e sulle proteine del nucleo.
Nonostante la loro reattività, la maggior parte dei radicali liberi ha una vita sufficientemente lunga da permetterne l’osservazione tramite metodi spettroscopici.
I radicali liberi di maggiore interesse biologico sono quelli che fanno riferimento all’ossigeno, all’azoto e, in misura minore, a cloro, carbonio e zolfo.
La reattività dei radicali liberi dipende dalla distribuzione della carica (nube elettronica) e/o dal proprio potenziale di ossidoriduzione: quanto più è elevato il rapporto fra carica e volume, tanto più un radicale libero è reattivo e tenderà a raggiungere la propria stabilità strappando elettroni, avendo un’esistenza molto breve (uno dei radicali più instabili, lo ione ossidrile, ha una vita dell’ordine dei nanosecondi).
Radicali liberi: i ROS
Le specie reattive dell’ossigeno (ROS) sono i radicali liberi più diffusi. Vediamo i più importanti.
Anione superossido (O2-) – Viene prodotto dalla riduzione incompleta di O2 nella fosforilazione ossidativa (un processo energetico), da alcuni enzimi (xantina ossidasi) e dai globuli bianchi (leucociti). Viene inattivato dalle superossidodismutasi (SOD) che lo converte in acqua e ossigeno, combinandolo con due ioni idrogeno e catalizzando la reazione tramite il suo cofattore metallico (Fe, Mn, Cu, Zn o Ni). Se il processo di disattivazione non avviene, l’anione superossido danneggia i lipidi di membrana, le proteine e il DNA, oltre a stimolare la produzione di enzimi nei leucociti.
Perossido d’idrogeno (H2O2) – La comune acqua ossigenata; questo radicale viene prodotto dalla glutatione perossidasi o da alcune ossidasi ed è metabolizzato dalla catalasi dei perossisomi in acqua e ossigeno e dalla glutatione perossidasi nel citosol e nei mitocondri (le “centrali energetiche” delle cellule).
Radicale ossidrilico (-OH) – Prodotto dall’idrolisi dell’acqua da parte di radiazioni, dalla reazione di Fenton a partire dal perossido d’idrogeno (con lo ione ferroso Fe2+ come catalizzatore), dai globuli bianchi a partire dal perossido d’idrogeno per distruggere agenti patogeni; è il ROS più attivo e provoca danni alla membrana plasmatica, alle proteine e agli acidi nucleici. Viene inattivato per conversione in acqua da parte della glutatione perossidasi.
Radicali liberi: gli RNS
Le più importanti specie reattive derivate dall’azoto (RNS) sono l’ossido nitrico e il perossinitrito.
Ossido nitrico – Viene prodotto da una delle tre NO sintasi: neuronale, presente nei neuroni e nel muscolo scheletrico, inducibile, presente nel sistema cardiovascolare e nelle cellule del sistema immunitario ed endoteliale presente nell’endotelio. L’ossido di azoto è un neurotrasmettitore, un vasodilatatore ed è coinvolto nella risposta immunitaria.
Perossinitrito (ONOO-) – È formato dalla reazione tra ossido nitrico e ione superossido. Viene convertito in acido nitroso dalle perossiredossine presenti nel citosol e nei mitocondri. Può danneggiare lipidi, proteine e DNA.
I danni dei radicali liberi
La generazione di radicali liberi
All’interno del nostro corpo, le principali fonti di radicali liberi sono:
- le radiazioni ionizzanti (raggi ultravioletti, raggi X e raggi gamma); idrolizzano l’acqua a idrogeno e radicale ossidrilico (-OH).
- Le infiammazioni; sono processi che scatenano la produzione di ROS da parte della NADPH ossidasi dei globuli bianchi per combattere agenti patogeni.
- Alcuni enzimi che sono impiegati nelle naturali funzioni dell’organismo (come la xantina ossidasi, la NO sintasi, la superossidodismutasi) oppure enzimi che metabolizzano farmaci o altre sostanze chimiche esogene.
- La fosforilazione ossidativa che si verifica durante la respirazione cellulare e che genera piccole quantità di ciascuno dei tre più importanti ROS. Questo è il processo che correla i radicali liberi all’attività sportiva.
- I metalli di transizione; fungono da catalizzatori nelle reazioni che portano alla produzione di radicali liberi. Il più comune è il Fe2+ tramite la reazione di Fenton, seguito dal rame (Cu).
Fra i fattori ambientali responsabili della produzione di radicali liberi si devono ricordare l’inquinamento ambientale, le sostanze stupefacenti, il fumo (sia attivo che passivo), l’alcol, i farmaci, alcuni additivi alimentari nonché le sostanze tossiche presenti nei cibi e quelle che si sviluppano in seguito alla loro cottura.
La rimozione dei radicali liberi
All’interno del nostro corpo, la metabolizzazione dei radicali liberi avviene tramite:
- l’impiego di enzimi. Abbiamo visto l’azione della superossidodismutasi, della catalasi e della glutatione perossidasi. Il rapporto tra il glutatione ridotto (GSH) e il glutatione ossidato (GSSG) viene analizzato per valutare la capacità della cellula di eliminare i ROS ed è un indice del suo stato ossidativo.
- Il controllo del livello di metalli di transizione (soprattutto rame e ferro). Il ferro è infatti sempre legato a una proteina e tendenzialmente mantenuto allo stato ferrico (per esempio nel sangue è legato alla transferrina e a livello epatico è immagazzinato nella ferritina). Ovvio che non è una buona strategia rimpinzarsi di ferro perché in individui predisposti il ferro si accumula e dà origine a patologie ben più gravi dell’azione dei radicali liberi (per esempio l’emocromatosi), ma se si assume molto ferro e il nostro corpo funziona a dovere, il surplus è eliminato e alle cellule arriva comunque la giusta quantità nella forma corretta. Il rame è legato prevalentemente alla ceruloplasmina e all’efestina.
- Gli scavenger (antiossidanti deputati alla neutralizzazione di radicali liberi). I più importanti sono il glutatione, la vitamina A (retinolo, retinale, acido retinoico), la vitamina C (acido ascorbico) e la vitamina E (tocoferolo).
Effetti dei radicali liberi
I radicali liberi colpiscono soprattutto tre componenti della cellula: i lipidi, le proteine e gli acidi nucleici (DNA e RNA).
- La perossidazione lipidica è dovuta all’azione dei radicali liberi (soprattutto a quella dello ione ossidrile), in presenza di ossigeno, sui lipidi della membrana generando dei perossidi lipidici che, essendo reattivi, si propagano determinando un danno esteso alle membrane. Nei globuli rossi provocano quindi emolisi (viene definito “emolisi” il processo di distruzione dei globuli rossi).
- L’ossidazione delle proteine si ha quando i radicali liberi ossidano i gruppi laterali degli amminoacidi, danneggiando la funzione della proteina. Possono anche dare origine ad aminoacidi modificati.
- Il danno al DNA è dovuto alle mutazioni o ai danni macroscopici del DNA provocati dai radicali liberi che possono alterare la struttura chimica delle basi azotate formandone di nuove. Tramite questo tipo di danno sono concausa dell’invecchiamento cellulare e dello sviluppo dei tumori.
Misurazione dello stress ossidativo
È possibile misurare sia la concentrazione di sostanze ossidanti sia di quelle antiossidanti, ottenendo un’indicazione del cosiddetto stress ossidativo. Per approfondire si consulti l’articolo stress ossidativo.
Il controllo dei radicali liberi
Dalla scoperta dei loro effetti si sono moltiplicate le sostanze antiradicali liberi, al punto che oggi è difficile dire cosa non combatte i radicali liberi. Antiossidanti sono alcune vitamine (vitamina C, vitamina E, betacarotene), sostanze vegetali (polifenoli, bioflavonoidi, pigmenti vari), micronutrienti (glutatione, selenio, coenzima Q10 ecc.). In realtà, quantitativamente parlando, molte di queste sostanze hanno efficacia minima, altre (come le tre vitamine sopracitate) hanno un’efficacia dimostrata, ma limitata.
Da alcuni anni è stato ridimensionato anche il ruolo di frutta e verdura come potenti antiossidanti; a tale proposito si veda l’articolo sull’ORAC.
Se è possibile utilizzare integratori antiossidanti, una sana alimentazione e un ottimo stile di vita restano le migliori armi per combattere i radicali liberi.
