Specie radicaliche e stress ossidativo

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Prof. Giorgio Sartor
Specie radicaliche
e stress ossidativo
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Radicali
• Specie chimiche con elettroni spaiati
• occupano da soli un orbitale atomico o
molecolare
• Molto instabili e reattivi verso le altre
molecole per compensare tale squilibrio
• Autopropagazione per reazioni a catena
• Pericolosità inversamente proporzionale
all’emivita
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1
Meccanismi di formazione di radicali
• Perdita di un elettrone:
X fi X•+ + e-
Chl* + A fi Chl•+ + A-(•)
• Acquisto di un elettrone:
X + e- fi X•-
O + e- fi O •-
2 2
• Scissione omolitica di un legame covalente:
X-Y fi X• + Y•
Cl fi 2Cl•
2
• Astrazione di un atomo di idrogeno (H•) da
parte di un altra specie radicalica:
CH + Cl•fi CH • + HCl
4 3
Lipide-H + OH• fi Lipide• + H O
2
R-SH + R-O •-fi R-S•- + R-O H
2 2
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Ossigeno
s sss *
• Orbitali molecolari x
dell’ossigeno
p ppp *p,ppp *
y x
p ppp p,ppp
y x
s sss
x
• Potenziali di O O .- H O O 1D g
riduzione 2 2 2 2 2
e- e- + 2H+ e- + 2H+
H O
2
O O .- H O e- + H+
2 2 2 2
-0.16v 0.94v 0.38v
OH. H O
2
2.33v
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2
Specie Reattive dell’Ossigeno (ROS)
• Specie non radicaliche
H O acqua ossigenata (perossido di idrogeno)
2 2
HOBr acido ipobromoso
HOCl acido ipocloroso
O ozono
3
O 1∆g ossigeno singoletto
2
LOOH perossido lipidico
ONOOH perossinitrito
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Specie Reattive dell’Ossigeno (ROS)
• Radicali prodotti per riduzione ad un
elettrone
•O-O• + e- → •O-O:- anione superossido
O •- + •OH → ¹O + OH- ossigeno singoletto
2 2
2O •- + 2H+ → H O + ³O perossido
2 2 2 2
O •- + H O → HOO• idroperossiradicale
2 2
H O + e- → OH- + OH• radicale idrossido
2 2
H O + Fe²+ (Cu+ ) → Fe³+ (Cu++ ) + OH- + OH•
2 2
(Reazione di Fenton)
H O + O •-(Cu/Fe) → O + OH- + OH•
2 2 2 2
(Reazione di Haber-Weiss)
L + O •- → LOO•- anione lipoperossido
2
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3
Specie Reattive dell’Ossigeno
(ROS)
• Prodotte dalla catena respiratoria
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Specie Reattive dell’Ossigeno
(ROS)
• Prodotte dalla catena respiratoria nel
complesso IV
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4
Complesso IV
Eme a
Eme a
3
Cu
B
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Formazione di H O nel complesso IV
2
eme a eme a
N N N
e- e-
N N N
Fe+++ Cu++ Fe+++ Cu+ Fe++ Cu+
N B N N
N eme a3 N N O2
O + 4H+ + 4e- 2H O
2 2
N
2HO
2
N
Fe+++O Cu+
N
2H+
O
N
eme a eme a
N N N
e- e-
N Fe+++OH Cu++ N Fe4+ O Cu++ N Fe+++O Cu++
N N O+ N
OH H H O
N N 2H+N
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5
Lipoperossidi
H
Y X Y CH 2 + O O +H3C W
O H H
H
Malondialdeide
O H
H H Y X
O H
O
Y C X Y X
O
2
Y C X
O O
O R
Y X H
OH
4-idrossinonenale
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6
Specie Reattive dell’Azoto (RNS)
• Prodotti prevalentemente dallo smog fotochimico
• Specie non radicaliche
– HNO acido nitroso
2
– NO+ catione nitrosile
– NO- anione nitrosile
– N O tetrossido di diazoto
2 4
– N O triossido di diazoto
2 3
– NO + nitrile
2
– ROONO alchilperossinitrito
– NO Cl cloruro di nitrile
2
• Specie radicaliche
– O + L-arginina → NO• + L-citrullina ossido d’azoto
2
– O •¯ + NO• → ONOO¯ perossinitrito
2
– ONOO¯ + CO → ONOOCO ¯ nitroperossicarbonato
2 2
– ONOOCO ¯ → NO • + CO •¯ biossido d’azoto
2 2 3
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Ciclo dell’urea e NO
CO2+ NH3 Carbas2minAiTtlPa-fsois2fAaDtPo + Pi OOOPCOarbaNmHi2lfosfato HNOCiNt(HrIu2Nll)ina
EC 6.3.4.16 O
NH3+
Or(nIiNti)na transO cranritbianmailasiNH3+ O dTerallsap coitrrtautlloinrea
NH3+ O EC 2.1.3.3 O Citrullina
O 0.5H 2NOA +DP + O NH3+ (NHOUTO)
UreaTdrealslpO'o(orrOOnrntUiiattTitin)noaNareH3+ NH3+ ECN 1O. 1s4in.1ta3s.3i9 NOv-vvvO-idNrHo3+ssi-L-aHNrgNinONiHHn2a0.5O N2A +D PH NO.ArgiEnOCisn i6on.st3au.sc4ic.5inato NH2ATPPPi2 Pi ONNH2N NONH
HH22NN O EACr 3g.iO5n.a3s.i1 NOA2D +PH NHA2OD FP++u marMaatolatoaOaaas-cshaelatcoeatcaiAdtomoinoaciAdsopaNrHta3+OtoOO O OONH3+ CiNHtrOuNlHlPiO2l+-OAOMP OH
H2O O NH3+ NH NH2 OO ArgiEnCisn i6on.st3au.sc4ic.5inato
O Arginina NH2+ O O AMP O O
ArgiEnCin l4oia.s3su.ic2c.1inato OONH3+ NHNHO2+O O
Argininosuccinato
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7
Ossido d’azoto e NOS (EC 1.14.13.39 )
Ossidazione a
due elettroni
H O
2
O
2
O NH3+ NH NH2 O NH3+ NH NH2
NH N
O O OH
NADPH
L-arginina NADP+ Nw-www -idrossi-L-arginina
O
2
Nitric Oxyde Sinthase
0.5 NADPH
Ossidazione a
H O
2 tre elettroni
0.5 NADP+
NH +
3 H
O N NH2
+ NO.
O
O
L-citrullina
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Ossido d’azoto e NOS (EC 1.14.13.39 )
Ossidazione a
due elettroni
L-arginina O Nw-www -idrossi-L-arginina
O H2O
O NH3+ NH NH2 O NH3+ NH NH2
O N H O N O H
L-citrullina Fe3+ NADPH NADP+ Fe2+
O
O NH3+ NH NH2 + NO. O 0.5 NADPH Ossidazione a
O tre elettroni
O
0.5 NADP+
Fe3+ H2O
O NH3+ NH NH2 O NH3+ NH NH2
O O O NO H O O O NO H
Fe2+ Fe2+
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NO sintasi (EC 1.14.13.39)
Dominio Ossidoreduttasico
1F20
NADP+ FAD
Dominio eme
1FOP EME ARG
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Specie reattive del cloro (RCS)
• Radicali
–Cl•
• Non radicaliche
–HOCl acido ipocloroso (ROS)
–NO Clcloruro di nitrile (RNS)
2
–Cloramine
–Cl cloro
2
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9
Mieloperossidasi (EC 1.11.1.7)
HONO NO -
2 2
• La mieloperossidasi SCN-
HOSCN
(MP3+) è un enzima I-
HOI
perossidasico presente HOBr Br-
nei granuli dei
HOCl Cl-
neutrofili.
• Si ritiene che produca
HOCl nei fagosomi.
• Può usare anche altri
ioni oltre il cloruro.
MP3+ + H O Comp I
2 2
O2.- RH
O .-
2
R.
MP2+O Comp II
2
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Mieloperossidasi (EC 1.11.1.7)
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