gli antiossidanti: dalla pianta all’alimento all’uomo

L’ossigeno è da sempre stato uno dei più temibili nemici della vita su questo pianeta.   Fin dalla notte dei tempi i primi organismi unicellulari dovettero lottare con questo prodigioso ossidante che aggrediva molte delle molecole biologiche fondamentali per la vita, degradandole, ed il problema era tanto più grave se si considera che l’ossigeno è un gas, quindi si insinua con grande facilità, si diffonde in spazi angusti, in materiali porosi ed è infine molto solubile nell’acqua. escherichia_coli I primi microrganismi infatti erano anaerobi obbligati, ovvero potevano vivere solo in quelle nicchie ecologiche asfittiche dove l’ossigeno proprio non arrivava, pena la loro morte in tempi molto rapidi.
In seguito, ma parliamo sempre di miliardi di anni fa, si svilupparono forme di vita sempre unicellulari ma più evolute, gli anaerobi facoltativi, che se non altro erano in grado di tollerare la presenza di ossigeno.

Finchè si giunse agli organismi aerobi:  qui la trovata dell’evoluzione fu quella di fare di necessità virtù, sfruttando l’ossigeno che fino a quel momento era stato solo una minaccia, come risorsa ovvero come una sorta di pattumiera biochimica dove inserire, metaforicamente quasi “buttare” le coppie di elettroni ormai a basso livello energetico che, originati dalla catabolismo dei carboidrati o di altre molecole demolite a livello cellulare per ricavare energia, fluiscono infine nell’ultima fase della respirazione mitocondriale (la cosiddetta fosforilazione ossidativi, che segue la glicolisi e poi il ciclo di Krebs) inducendo la fosforilazione di varie molecole di ADP ad ATP.
Allo stesso modo dell’acqua che in una centrale idrolelettrica a più salti, dopo avere azionato le varie turbine poste a varie altezze, arriva a fondovalle ormai “scarica” di potenziale ed il dove piazzarla potrebbe in linea di principio costituire un problema per il gestore, questi elettroni, a coppia insieme a due protoni, venivano appiccicati su una molecola di ossigeno per generare semplicemente… acqua (coincidenza della metafora!).

Sta di fatto che questo banale stratagemma si rivelò a lungo andare anche una sorta di trappola, dal momento che come conseguenza di questo oggi tutti gli organismo superiori, uomo compreso, hanno assolutamente bisogno di ossigeno per sopravvivere!

Antefatti evolutivi a parte, ne deduciamo che per quanto indispensabile per certi aspetti, ovvero detto banalmente “per la respirazione”, l’ossigeno rappresenta tuttavia una minaccia per altri.   E non parlo solo dell’ossigeno in sé (O2), ma anche e soprattutto di tutta quella serie di derivati attivi che esso può generare nell’organismo, ad iniziare dall’acqua ossigenata (H2O2) e dai suoi derivati detti perossidi, agli ancora più attivi superossidi, fino a quelli noti come “radicali liberi”, che nello specifico sono per lo più perossidi di molecole organiche che hanno perso un solo elettrone e quindi vagano nell’organismo come fantasmi assetati di reazioni.
I radicali perossido (tipo acqua ossigenata attivata) possono attaccare gli acidi grassi, anche quelli costitutivi dell’organismo, per esempio quelli che costituiscono le membrane cellulari, trasformando loro stessi in radicali liberi, questa volta organici, ed inducendo di conseguenza delle reazioni di ossidazione a catena, che al termine di ogni passaggio rigenerano il radicale di partenza e quindi potrebbero propagarsi in linea di principio all’infinito fino alla distruzione totale del substrato con il quale sono venuti a contatto.    E sono numerose le molecole biologiche del nostro organismo, ivi comprese quelle costitutive delle cellule e dei tessuti, che possono essere ossidate con il contributo dei radicali liberi di tipo perossido: il cuore del meccanismo di rigenerazione del perossido sta nel fatto che il radicale organico risulta facilmente attaccabile dall’ossigeno molecolare (O2) diffuso ovviamente oltre che nell’atmosfera anche nei fluidi biologici.   La molecola organica attivata che ha catturato l’ossigeno, in un paio di passaggi resta sì ossidata e quindi predisposta ad una successiva decomposizione/degradazione, ma “in più” rigenera il radicale organico che ne aveva provocato la formazione e che quindi potrà rivolgere le sue attenzioni a nuove molecole organiche ancora intatte.

human_glutatione_peroxidase_5 Quando i microrganismi impararono a difendersi dall’ossigeno, dal perossido di idrogeno e dai radicali liberi che esso genera, lo fecero “inventando” degli enzimi, le catalasi, le perossidasi e le superossidodismutasi in primo luogo, che avevano la funzione di disattivare questi perossidi e superossidi.
Un esempio “pittorico” di perossidasi è schematizzato nella rappresentazione tridimensionale qui a lato.

Ora succede che queste difese, di origine antichissima, per così dire ancestrale, a volte non sono attive come dovrebbero.   Non sono sufficientemente attive perché viene ad essere carente qualche microelemento minerale del quale hanno bisogno per funzionare (di qui il ricorso ad integratori minerali come ad esempio il rame, ma anche zinco, manganese, ecc), perché non si trovano magari distribuite in modo uniforme in tutti i tessuti o magari in quelli che più pesantemente ricevono le sollecitazioni ossidative dall’esterno, perché questi stress ossidativi potrebbero essere cresciuti ad un livello tale da trovare insufficienti le nostre naturali misure di protezione, perché infine la durata della vita dell’uomo oggi è di parecchi ordini di grandezza superiore a quella di un microrganismo, ed anche nei confronti dell’uomo primitivo del quale conserviamo ancora il patrimonio genetico, l’aspettativa di vita è per lo meno raddoppiata.
Ai fenomeno ossidativi a carico dei tessuti biologici è infatti attribuita una parte consistente della responsabilità dei fenomeni di invecchiamento dei tessuti medesimi e più in generale dell’organismo.

Entrano quindi in gioco tutta una serie di sostanze esterne all’organismo, che questi quindi può assumere solo con l’alimentazione (gli animali in natura non sono soliti farsi iniezioni terapeutiche o altro) che a livello diverso e su tessuti/organi diversi possono svolgere un’azione preventiva: una volta che la molecola biologica è stata ossidata, infatti, c’è ben poco da fare: quello che conta è bloccare l’ossidazione prima, agendo sui radicali liberi di tipo perossido in primo luogo, e su tutte le altre specie fortemente ossidanti in circolo nell’organismo.
Un grosso distinguo che possiamo fare da subito è in relazione al substrato biologico da proteggere: se parliamo di un contesto ricco di acqua e di molecole idrosolubili da preservare, entreranno in azione antiossidanti idrosolubili come ad esempio la ben nota vitamina C, acido L-ascorbico, mentre in un contesto lipidico, ovvero sui tessuti biologici ricchi in grassi gli antiossidanti per riuscire ad essere trasportati, a penetrare e quindi ad agire dovranno avere caratteristiche di solubilità in questo ambiente, dovrano cioè essere liposolubili. Le vitamine E, ovvero i tocoferoli, sono importanti esempi di antiossidanti liposolubili.

crema_tocoferoli La cosa curiosa è che queste stesse due molecole, l’acido ascorbico e i tocoferoli, al di là del loro effetto vitaminico nell’organismo umano, possono essere e sono di fatto utilizzate ampiamente come conservanti nei prodotti alimentari e cosmetici.   “Fossero tutti vitamine i conservanti che usano!” potrebbe commentare ironicamente qualcuno, ed in effetti in questo caso i produttore industriale riesce agevolmente a fare di necessità virtù: in un prodotto con larga base acquosa sarà introdotto di preferenza acido ascorbico (es. nella maionese, che per quanto grassa sia, ha sempre all’interno moltissima acqua), mentre nelle creme cosmetiche a base di oli e nelle pomate più pregiate sarà introdotto un tocoferolo. Se noi introducessimo dell’acido ascorbico in un prodotto a base di olio, o viceversa un tocoferolo in un prodotto acquoso, questo neppure si scioglierebbe, si depositerebbe magari sul fondo o se ne resterebbe lì immobile sotto forma di polverina, diventando del tutto inutile al fine della preservazione del prodotto dall’ossidazione.
Una volta assunto il prodotto o applicata la crema, l’acido ascorbico o il tocoferolo, se non sono stati completamente consumati nella battaglia antiossidante a difesa del prodotto, potranno eventualmente svolgere la loro funzione preservante anche nell’organismo umano.

Abbiamo parlato di vitamine.    Per inciso volevo solo accennare ad una delle definizioni più accreditate per capire cosa siano in realtà: possiamo definire vitamine tutte quelle molecole “non costitutive” (quindi ad esempio non gli aminoacidi proteici) delle quali una specie vivente ha bisogno ma che non sono prodotte dall’organismo stesso e quindi devono essere assunte mediante la dieta. L’acido L-ascorbico per esempio è una vitamina (la C) solo per l’uomo e gli altri primati, mentre non lo è per esempio per i bovini che pur avendone bisogno sono in grado di produrselo da soli attraverso reazioni biochimiche che il nostro organismo non riesce più o non ha mai imparato a realizzare.

Ma torniamo all’origine degli antiossidanti: gli alimenti, ed all’origine degli alimenti, di natura animale o vegetale che essi siano: le piante.
Una delle classi più importanti, diffuse e diversificate di molecole che svolgono azione antiossidante è quella dei polifenoli.   Importanti perché il mondo vegetale ne è estremamente ricco ed ogni giorno ne assumiamo (o ne dovremmo assumere) grandi quantità con la dieta e perché sotto questo grande cappello possiamo trovare molecole molto o piuttosto idrosolubili, molto diversificate fra loro per struttura e, come ci insegna la chimica mettendo sempre l’accento sulle relazioni fra struttura e proprietà, di conseguenza piuttosto diversificati anche per effetto.
idrochinone_chinone_catechina L’elemento comune a tutti i fenoli, a livello di struttura molecolare, è la presenza di uno o più anelli di quelli che il chimico definisce “aromatici” (ma che non c’entra proprio nulla con l’aroma così come lo percepisce il consumatore!), ovvero quegli anelli benzenici che vengono solitamente espressi sotto forma di esagono costituito da 6 atomi di carbonio legati fra loro in modo uguale, e da uno o più gruppi –OH, che sono quelli che attribuiscono al fenolo sia le carattatteristiche di solubilità in acqua che, nel contesto del legame con l’anello aromatico, anche le caratteristiche antiossidanti.
Nella figura a lato si vedono da sinsitra a destra:  l’idrochinone, la sua forma ossidata (il para-chinone, di colore scuro) e la catechina (un poifenolo molto diffuso negli alimenti).
Ad opera dell’ossigeno atsmosferico, dei radicali perossido o di altre fonti di ossidazione, il gruppo fenolico –OH si ossida in un gruppo che tonico =O e quindi la molecola da fenolo diventa un cosiddetto chinone. Ed i chinoni li riconosciamo facilmente perché hanno un colore più scuro dei fenoli di partenza, sintomo del fatto che l’ossidazione è già avvenuta.

I vegetali sintetizzano naturalmente fenoli in primo luogo per difendersi anch’essi, non soltanto dall’ossidazione ma anche dall’attacco di funghi, batteri e… predatori, se si considera che essi contribuiscono fortemente al gusto aspro ed astringente di molti frutti, soprattutto se immaturi.    Molecole di origine fenolica sono responsabili dell’imbrunimento delle lesioni sulle parti tagliate delle piante, ma anche dei colori sulle tonalità del rosso, rosa, blu e viole dei fiori, del colore del vino rosso, ma anche del suo gusto astringente e tannico, e lo stesso dicasi anche per il tè… sì, effettivamente nei vegetali i polifenoli oltre a svolgere uno spettro di funzioni, si manifestano all’uomo attraverso due principali sensi:  la vista (con il loro colore) ed il gusto (di solito fra l’astringente, l’aspro e l’allappante). Al contrario, essendo molecole non volatili, risultano solitamente inodori.

verdura_e_frutta_fresca Conservare intatti i polifenoli contenuti all’origine, ovvero non disattivati per ossidazione già nel vegetale di partenza, è una delle ragioni per le quali risulta raccomandabile la freschezza di frutta e verdura che mangiamo: se proprio non possiamo evitare di conservarla, dovremmo quindi cercare di farlo i condizioni integre, ovvero non tagliata, ed in assenza di ossigeno (ad esempio sotto vuoto o in atmosfera protetta), magari al buio dal momento che le reazioni di ossidazione sono spesso favorite dalla luce, specie dalla sua componente ultravioletta ed infine, cosa raccomandabile credo un po’ per tutti gli alimenti, al fresco.

L’assimilazione dei polifenoli a livello dell’apparato digerente umano è ancora in parte oggetto di discussione fra gli specialisti, in primo luogo perché questi possono intergire facilmente con altri componenti degli alimenti, in parte legandosi ad essi, in parte disattivandosi, e la frazione che arriva a livello dei villi dell’intestino tenue non è detto che venga completamente assimilata ed entri quindi al 100% in circolo nell’organismo. Tuttavia, almeno per i fenoli la cui molecola ha una dimensione limitata (i cosiddetti tannini o acido tannico, al contrario, sono caratterizzati da una struttura molecolare imponente), almeno parte del polifenoli entra nel circolo sanguigno ed entrerà di conseguenza a contatto con i vari organi e tessuti: se sarà in grado di attraversare le diverse barriere che il nostro organismo frappone, ad esempio la barriera emato-encefalica, la cui penetrazione risulta indispensabile per poter svolgere un’azione a livello del cervello, o a livello microscopico anche quella della semplice membrana di ogni cellula, dipende dalle caratteristiche di idrosolubilità più o meno elevata del polifenolo in questione.
membrana_cellulare Nell’organismo molte molecole dal momento che entrano in circolo viaggiano in coppia con dei trasportatori naturali, che sono altre molecole comunemente presenti nell’organismo e che si legano a loro, hanno la funzione di lasciapassare, o se volete di cavallo di Troia, che possono in parte modulare le caratteristiche di idro- o lipolsolubilità in questo caso del fenolo, mantenendolo ben disciolto nei fluidi biologici e consentendono un più agevole passaggio attraverso le membrane come molecola “accettata”.
(nell’immagine qui a lato: una rappresentazione schematica di una membrana cellulare)
Ma anche qualora un fenolo idrosolubile dovesse entrare finalmente in contatto con una micro-struttura biologica di natura lipidica da proteggere, ben poco potrà fare se non sarà in grado di potersi sciogliere almeno in piccola parte in essa, ovvero se non ha almeno una minima liposolubilità.

In ragione di tutto questo si comprenderà ulteriormente l’importanza oltre che dei dosaggi, anche della diversificazione fra le diverse fonti di polifenoli, per offrire al nostro corpo un ventaglio quanto più ampio possibile di strutture molecolari diversificate, e quindi anche di sfaccettature nelle caratteristiche di solubilità e di proprietà antiossidanti.

Una risposta a gli antiossidanti: dalla pianta all’alimento all’uomo

  • Franco scrive:

    Sono stupefatto del voistro lavoro. Bravi gli
    Argomenti che proponente. Sono. Una miniera di stimoli.
    Quando. Farete. Un meeting. Che radunera. Tutti gli appassionati.

    Magari. A Taormina. Che. Vengo con piacere

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