Università degli Studi di Napoli “Federico II”

1 Universit degli Studi di Napoli Federico II FACOLT DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALID ottorato di Ricerca in Biologia Applicata XXI cicloSuscettibilit dei tessuti di animali ipertiroidei allo stress ossidativo in vivo. Ruolo dei mitocondri nello stress ossidativo indotto dall esercizio acuto nel muscolo scheletrico di animali ipertiroidei. Tutor Coordinatore Venditti Amalia Virzo De Santo Angela Bari Anno Accademico 2005/20081La cosa pi difficile definire un cammino per noi non compie alcuna scelta, agli occhi del Signore muore, anche se continua a respirare e a camminare per le l'uomo deve scegliere.

2 In questo sta la sua forza: il potere delle sue decisioni. (Paulo coelho)2 PREMESSA3 Gli ormoni tiroidei sono i principali regolatori del metabolismo corporeo, ci legato in gran parte alla capacit di tali ormoni di attivare la trascrizione di geni codificanti per gli enzimi e per i carriers elettronici mitocondriali. Tuttavia, l incremento del contenuto dei componenti della catena di trasporto elettronico mitocondriale, come i citocromi (Horrum et al., 1985) e l ubichinone (Horrum et al., 1986; Venditti et al., 2003), e l incremento del loro grado di riduzione (Horrum et al.)

3 , 1985) provocano come effetto collaterale l aumento della produzione di radicali liberi e di specie reattive dell ossigeno (reactive oxygen species, ROS). Questo dovuto al fatto che nella catena di trasporto mitocondriale, alcuni trasportatori cedono gli elettroni direttamente all O2, anzich al trasportatore successivo, formando il radicale superossido ( 2O), il quale mediante una reazione di dismutazione, convertito a perossido di idrogeno (H2O2). Quest ultimo, reagendo con il Fe2+, d origine al radicale idrossilico ( OH) altamente reattivo capace di danneggiare le molecole ROS, infatti, sono capaci di ossidare i lipidi di membrana, innescando una reazione perossidativa a catena; le proteine e gli enzimi, alterando la struttura e la funzionalit ; e gli acidi nucleici, causando la rottura e l alterazione delle basi azotate.

4 La conseguenza dell azione svolta dalle ROS sulle molecole biologiche determina l insorgenza di una condizione di stress ossidativo in diversi tessuti. Inoltre, i tessuti degli animali ipertiroidei sono pi suscettibili a un ulteriore insulto ossidativo, come dimostrato da Studi condotti sottoponendo i tessuti di animali resi sperimentalmente ipertiroidei a una sfida ossidativa in vitro. Per esempio, l ipotesi che il cuore ipertiroideo sia pi suscettibile all insulto ossidativo stata verificata utilizzando come modello di stress ossidativo in vitro l ischemia-riperfusione. noto, infatti, che durante la riperfusione di tessuti ischemizzati, si ha un aumento nel rilascio di ROS che possono contribuire al danno tessutale.

5 Un possibile modello di stress ossidativo in vivo rappresentato dall attivit fisica acuta, durante la quale si verifica l insorgenza di danno ossidativo tessutale e riduzione della funzionalit mitocondriale a causa di modificazioni biochimiche indotte dalle specie reattive dell ossigeno, prodotte in quantit elevate durante l esercizio acuto. Tale modello di stress ossidativo stato utilizzato per verificare se i tessuti di animali ipertiroidei sono pi suscettibili agli insulti ossidativi in reattive dell ossigenoE' ben stabilito che un importante minaccia all omeostasi degli organismi aerobici deriva da specie chimiche denominate radicali liberi, molecole caratterizzate dalla presenza di uno o pi elettroni spaiati nell orbitale esterno e sono normalmente contraddistinte da un elevata reattivit.

6 La loro esistenza fu comprovata sperimentalmente per la prima volta da Gomberg (1900), il quale riusc ad ottenere il radicale trifenilmetile, (C6H5)3C. Tuttavia, solo dopo molto tempo fu proposto che i radicali dell ossigeno e altre specie reattive, potevano formarsi negli organismi viventi come sottoprodotto del normale metabolismo ossigeno una molecola ossidante, che nello stato fondamentale presenta due elettroni spaiati in due orbitali di antilegame. La presenza di elettroni spaiati lo annovera tra i radicali liberi , e gli conferisce le particolari propriet di tali molecole, per esempio il paramagnetismo.

7 A differenza di molti altri radicali liberi, l ossigeno non presenta un elevata reattivit . Infatti, le reazioni in cui esso coinvolto non si realizzano di norma alle temperature ordinarie o in assenza di catalizzatori sebbene il suo elevato potere ossidante renda la maggior parte delle sostanze d interesse biologico termodinamicamente instabili in sua presenza. Questa apparente contraddizione spiegata dalla particolare disposizione elettronica dell ossigeno nello stato fondamentale, caratterizzata da due elettroni con spin paralleli nei due orbitali pi esterni. Questa disposizione richiederebbe, nei processi di ossidazione, la messa a disposizione da parte delle molecole da ossidare di due elettroni con spin fra loro paralleli e opposti a quelli degli elettroni spaiati dell O2.

8 Poich le molecole dei composti organici stabili contengono elettroni di valenza con spin opposti, la necessit di operare l inversione dello spin prima che gli elettroni siano accettati nell orbitale dell ossigeno rallenta o preclude la reazione con tali molecole, fenomeno definito restrizione di spin. Un modo per eliminare la restrizione di spin richiede l intervento di sostanze che hanno la capacit di trasferire, con il giusto verso, uno o pi elettroni dalla molecola da ossidare all ossigeno. Esempi di tali sostanze sono alcuni ioni di metalli di transizione a valenza variabile come il ferro e il rame, che possiedono elettroni spaiati con spin paralleli, ed enzimi, come l enzima citocromo ossidasi (COX), forniti di ioni metallici nei loro siti attivi.

9 La COX possiede, inoltre, la caratteristica di permettere la cessione graduale di quattro elettroni e di trattenere saldamente legate, nel suo sito attivo, tutte le forme intermedie parzialmente ridotte dell ossigeno finch questo non subisce una totale riduzione. Nelle prime tre fasi della reazione, dunque, si formano inevitabilmente forme parzialmente ridotte dell ossigeno generate nella seguente sequenza: lo ione superossido ( 2O), lo ione perossido 6( 22O), che immediatamente protonato a perossido d idrogeno (H2O2), radicale idrossilico ( OH) e infine l aggiunta del quarto elettrone conduce allo ione idrossile ( OH) che trasformato in acqua dall aggiunta di un protone.

10 I tre intermedi, in particolare il radicale OH, sono molto pi reattivi, per tale motivo sono indicati come specie reattive dell ossigeno (ROS). Le ROS comprendono anche altre specie tra cui il radicale alcossile (RO ), il radicale perossile (ROO ) e l ossigeno singoletto ( O2). I radicali liberi si formano costantemente all interno dell organismo. La loro produzione pu essere innescata nelle cellule da numerosi processi come, ad esempio, l assorbimento di luce ultravioletta o raggi X, l introduzione nell organismo di pesticidi, elementi del fumo della sigaretta, idrocarburi aromatici e altre sostanze. I radicali liberi, per , si formano anche come sottoprodotto di normali processi metabolici.