Radicali liberi, specie ossidanti e stress ossidativo

I radicali liberi sono atomi o molecole con uno o più elettroni spaiati negli orbitali più esterni. I più importanti dal punto di vista fisiologico derivano dall'ossigeno, come il superossido (O₂^• ) e dall'azoto, come l’ossido nitrico (NO^•).

Insieme ad altre molecole non radicaliche, ad esempio l’acqua ossigenata (H₂O₂), i radicali liberi, chiamati “Specie Reattive Ossidanti” (ROS), sono prodotti costantemente a concentrazioni controllate nei tessuti e partecipano ai processi fisiologici di comunicazione intra e intercellulare agendo come “secondo messaggero” modificando reversibilmente l'attività/funzione delle molecole bersaglio.

In questo modo i ROS partecipano al controllo di importanti funzioni cellulari quali l'espressione genica, la proliferazione cellulare, l'angiogenesi, l'immunità innata, la senescenza e l'apoptosi.

Tuttavia, la concentrazione dei ROS può essere significativamente e permanentemente aumentata in condizione di attivazione cellulare indotta da agenti chimici, fisici e biologici. In questi casi, le difese antiossidanti tissutali non sono più in grado di detossificare ROS che, prodotti a concentrazioni non più controllate, generano specie a più alto potenziale ossidativo, come ad esempio l'idrossile (^•OH), il perossinitrito (ONOO^-), il radicale carbonato (^•CO₃) e il diossido di azoto (^•NO2).

Queste specie, insieme ad altri ossidanti generati dai tessuti infiammati, come l’ipoclorito (HClO), sono in grado di reagire e danneggiare in modo irreversibile proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici. Ne consegue l'alterazione dei segnali intracellulari legati alle molecole che hanno subito il danno ossidativo.

Questa condizione è denominata stress ossidativo ed è considerata nella eziopatogenesi e nella evoluzione delle patologie umane a carattere cronico-degenerativo su base infiammatoria (cardiovascolari, neurologiche, autoimmuni), del diabete, del cancro etc. L’aumento della concentrazione dei radicali liberi è considerato, in questi casi, un biomarcatore di stress ossidativo.

La spettroscopia EPR è la tecnica elettiva per studiare la formazione di radicali endogeni/esogeni in sistemi biologici ex vivo/in vitro, in condizioni fisiologiche e patologiche, e permette di monitorarne la cinetica di formazione, identificarne la natura ed ipotizzare le vie metaboliche coinvolte. I radicali stabili o prodotti ad alte concentrazioni possono essere monitorati tal quali (EPR diretta). I radicali instabili o prodotti a basse concentrazioni possono essere monitorati indirettamente mediante la tecnica dello spin trapping, che utilizza reagenti (spin traps) in grado di legare covalentemente i radicali formati e formare complessi stabili (addotti) rilevabili in EPR.

Contatto di riferimento: Donatella Pietraforte
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