Radicali liberi in Chimica e Biologia: processi radicalici nella sintesi, nella catalisi e nelle scienze della vita

La ricerca proposta si articolera' su tre linee, le prime due riguardano le alterazioni dei lipidi di membrana dovute ad elevate dosi di radicali liberi e la prevenzione del danno da parte di antiossidanti naturali e sintetici; la terza studia il coinvolgimento delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) nell'attivazione da parte di fattori di crescita del trasporto di glucosio ed i siti cellulari di produzione delle ROS. 1) Isomerizzazione cis/trans dei residui acilici insaturi dei fosfolipidi di membrana: aspetti chimici e biologici. E' noto che gli acidi grassi insaturi presenti nei fosfolipidi di membrana possono essere degradati, in presenza di ossigeno, attraverso il processo radicalico della perossidazione lipidica. Recentemente e' stato messo in evidenza un altro processo radicalico, cioe' l'isomerizzazione dei doppi legami degli acidi grassi attraverso addizione reversibile di radicali tiilici (1-3) e NO2 (4). Questo lavoro (4), che riguarda la determinazione in vivo di isomeri mono-trans dell'arachidonato nelle piastrine e urine umane, e' di particolare importanza. Il meccanismo del cambiamento di configurazione del doppio legame da noi proposto consiste nell'addizione reversibile del radicale al sito di insaturazione dell'acido grasso con la formazione di un intermedio radicalico, nella rotazione di 180° intorno al legame carbonio-carbonio e nell'espulsione del radicale tramite beta-eliminazione. Cio' porta alla conversione del doppio legame dalla geometria cis a quella termodinamicamente piu' stabile trans. Sebbene l'isomerizzazione cis/trans dovuta a radicali sia nota nella chimica organica, solo recentemente e' stata applicata a biomolecole quali gli acidi grassi mono- e poliinsaturi e, soprattutto, ai fosfolipidi. In particolare, i radicali tiilici sono stati generati da tioli di importanza biologica (cisteina e glutatione) per mezzo di azo derivati termolabili, irradiamento gamma o fotolisi (5) in soluzione omogenea, in vescicole mono e multilamellari ed in membrane eritrocitarie. Dal punto di vista chimico-fisico, le caratteristiche degli acidi grassi trans sono tali da poter modificare le proprieta' e le funzioni delle membrane biologiche. La presenza di acidi grassi trans nell'uomo e' stata fino ad oggi attribuita solo all'assunzione di oli idrogenati, carne e latte, e non ad una loro formazione endogena (6). La ricerca proposta intende verificare l'ipotesi che l'isomerizzazione cis/trans possa avvenire in vivo, che durante la protezione dall'autossidazione effettuata da tioli di intersse biologico possa avvenire l'isomerizzazione cis/trans ed infine confermare che alcune vitamine possano funzionare, oltre che come antiossidanti, anche come "antiisomerizzanti" (7). 2) Studio delle proprieta' antiossidanti di composti naturali non vitaminici e composti sintetici. Oggi c'e' un interesse crescente nei nutrienti con proprieta' antiossidanti, poiche' studi biologici ed epidemiologici hanno dimostrato che gli antiossidanti essenziali, cioe' le vitamine E, C ed A, sono implicati nel controllo delle reazioni ossidative e dello sviluppo di processi coinvolti in molte patologie degenerative (8). Tuttavia, numerosi antiossidanti fenolici non essenziali si trovano in tutti i cibi di origine vegetale (9) e presumibilmente giocano un ruolo nel controllo delle reazioni ossidative in vivo, contribuendo agli effetti antiaterogenici e anticarcinogenici (10,11). I polifenoli vegetali possono essere composti flavonoidi e non flavonoidi. Sono stati postulati diversi meccanismi di inibizione della perossidazione lipidica da parte dei flavonoidi e degli acidi fenolici: i) "scavenging" delle specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto, ii) chelazione dei metalli di transizione, iii) rigenerazione dell'alfa-tocoferolo per mezzo della riduzione del radicale tocoferossile, iv) inibizione di enzimi proossidanti. L'acido caffeico ed i suoi derivati sono stati largamente studiati come agenti in grado di aumentare la resistenza all'os..