Sentirsi bene è questione di chimica. 2° Parte: gli antiossidanti.

 Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Rinaldo Cervellati.

Nella prima parte di questo post è stato ricordato che fino dal 1995Gli antiossidanti sono percepiti [dal grande pubblico] come entità benefiche, prodotti quasi miracolosi che evitano i danni prodotti dai radicali [liberi]” [1]. Gli antiossidanti sono un business sempre in crescita per le ditte produttrici di integratori alimentari, cosmetici, prodotti erboristici, ecc. che hanno visto aumentare notevolmente i loro fatturati proprio a partire dai primi anni ’90 del secolo scorso. Prima però di parlare di antiossidanti desidero premettere che in base alla reattività (e quindi alla pericolosità per l’organismo), i radicali liberi possono essere suddivisi in:

– radicali molto reattivi, come l’ossidrile HO e gli alcossili RO, che possono attaccare tutte le molecole biologiche;

– radicali moderatamente reattivi, quali l’anione superossido O2, l’idroperossile HOO e i perossili ROO che, invece, possono reagire solo con poche molecole biologiche (lipidi polinsaturi), ma capaci di originare perossidi e idroperossidi che sono i precursori sia dell’ossidrile, sia degli alcossili estremamente reattivi [1].

Cosa significa “antiossidante”? Come dice la parola, gli antiossidanti sono sostanze capaci di prevenire l’ossidazione, cioè le reazioni provocate dall’ossigeno (e dai ROS). Antiossidante è quindi un termine molto generale, che non riguarda solo la prevenzione dall’eccesso di radicali liberi. Un esempio a tutti noto è la vernice rossa che viene usata sui cancelli di ferro per evitare che si arrugginiscano. La ruggine è infatti il prodotto dell’ossidazione del ferro da parte dell’ossigeno atmosferico in presenza di umidità. La vernice rossa, a base di minio (un composto del piombo), evita la corrosione del ferro perché reagisce con l’ossigeno più facilmente di lui. Un altro esempio molto noto è la zincatura delle grondaie o simili. In questo caso è lo zinco che protegge il ferro dall’ossidazione. Vernice rossa e zinco sono quindi antiossidanti.

antiossi3

Qui ci interessano quegli antiossidanti in grado di controllare la produzione di radicali liberi.

Ovviamente, in condizioni normali il nostro organismo ha sviluppato dei meccanismi di difesa contro l’eccesso di radicali liberi, soprattutto sottoforma di enzimi, come la superossido dismutasi, la catalasi e la glutatione perossidasi. Questi antiossidanti sono detti endogeni, poiché prodotti dall’organismo stesso.

Quando però l’organismo è sotto stress ossidativo (sbilanciamento fra radicali e antiossidanti endogeni) occorre assumere una quantità maggiore di antiossidanti attraverso la dieta. Questi antiossidanti sono detti esogeni. Esempi noti a tutti di antiossidanti esogeni sono le vitamine, in particolare le vitamine C ed E.

Una categoria molto importante di antiossidanti esogeni è costituita dai polifenoli, detti anche “biofenoli” poiché contenuti in frutta, verdura e più in generale in tutte le piante. Da tempo è noto che queste sostanze hanno la proprietà di sottrarre radicali liberi e quindi hanno l’effetto di mantenere o ripristinare l’equilibrio redox nell’organismo umano.

foto_frutta1

I composti polifenolici sono una delle principali classi di metaboliti secondari delle piante. Hanno strutture chimiche più o meno complesse, caratterizzate dalla presenza di un anello aromatico con uno o più sostituenti ossidrilici. I polifenoli possono rivestire diversi ruoli in natura. Alcuni hanno funzione di difesa da erbivori e patogeni, altri fungono da fonte di attrazione nei confronti di impollinatori, altri ancora possono inibire la crescita di piante che vivono nelle vicinanze e avere la funzione di sostegno meccanico per la pianta.

I polifenoli possono essere suddivisi in due grandi classi: flavonoidi e acidi fenolici. A loro volta i flavonoidi comprendono diverse sottoclassi (flavanoni, antocianine, flavonoli, flavanoli, flavoni e isoflavoni).

330px-Apigenin.svg

un flavonoide, l’apigenina

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un acido fenolico, idrossinamico, l’acido caffeico

I flavonoidi, sia in forma libera (agliconi) sia legati con zuccheri (glicosidi), sono il gruppo di fenoli di origine naturale maggiormente diffusi. Quasi tutti solubili in acqua, sono responsabili del colore dei fiori, frutti e talvolta foglie e quando non sono visibili direttamente contribuiscono alla colorazione agendo da copigmenti. Tutti i flavonoidi hanno una comune origine biosintetica e presentano lo stesso nucleo strutturale di base, in particolare lo scheletro del 2-fenilcromano:

antiossi1

(per gli isoflavoni il nucleo strutturale di base è il 3-fenilcromano). I flavonoidi possono essere classificati in flavoni, flavonoli, isoflavoni, ecc. dipendentemente dal grado di ossidazione dell’anello piranico.

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Rutina

Fra i flavoni è di particolare importanza la rutina (5,7,3’,4’-OH) e il suo glicoside rutina-3-rutinosio che si trova in limoni, pepe rosso, buccia dei pomodori e vino rosso.

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Quercetina

Fra i flavonoli sono di grande interesse la quercetina (3,5,7,3’,4’-OH) e i sui glicosidi, che si trovano in cipolle, lattuga, broccoli, pomodori, tè, frutti di bosco, mele e olio di oliva, e il kaempferolo (3,5,7,4’-OH) e suoi glicosidi, che si trovano in porri, broccoli, cicoria, pompelmo e tè nero, oltre che in altre piante. Fra gli isoflavoni sono importanti la genisteina (5,7,4’-OH), la daidzeina (4’,7-OH) e il glucoside daidzina (4’-OH, 7-glucosio), che si trovano in particolare nei semi di soia.

375px-Kaempferol.svg

Kaempferolo

Le antocianidine sono flavonoidi strutturalmente correlati con i flavoni, i loro glicosidi sono denominati antocianine. Le strutture delle antocianidine ritrovate in natura, presentano uno scheletro base, costituito dal catione flavilio (la struttura primaria), cui sono legati gruppi ossidrilici e metossilici:antiossi2

Attualmente sono note le strutture di circa 22 antocianidine, ma tra queste quella più frequentemente ritrovata nelle piante è la cianidina (R = OH, R’ = H), sostanza che dà il caratteristico pigmento alle arance rosse di Sicilia[1]. Si trova anche in ciliegie, lamponi e fragole. Importante è il suo glicoside (R = glucosio, R’ = piranosio).

300px-Cyanidin.svg

Cianidina

Anche gli acidi fenolici sono composti comunemente presenti nelle piante. Di particolare importanza l’acido gallico (acido 3,4,5 diidrossibenzoico), l’acido caffeico (acido 3-(3,4-diidrossifenil)prop-2E-enoico) e l’acido ferulico (acido 3-(4-idrossi-3-metossifenil)prop-2E-enoico). Il primo, oltre a trovarsi nelle foglie e nelle radici di alcune piante, si trova anche nei semi e nei frutti come le olive; si trova anche in more, lamponi, fragole e mango. Il secondo è contenuto in molti alimenti di origine vegetale, compreso ovviamente il caffè da cui deriva il nome comune[2]. Il terzo è abbondantemente presente nelle granaglie (avena, grano, riso), nei carciofi, nel caffè e in alcuni tipi di frutta.

Riguardo al meccanismo di azione degli antiossidanti polifenolici, esistono due strade per la reazione fra i radicali (ad es. l’ossidrile, HO) e l’antiossidante polifenolico, qui indicato genericamente Ar(OH)n:

  1. la prima, che avviene prevalentemente in mezzo lipofilo, consiste semplicemente nel trasferimento di un radicale H dall’antiossidante all’ossidrile (azione scavenger):

Ar(OH)n + HO –> Ar(OH)n-1O + H2O

i radicali arossili Ar(OH)n-1O che si formano sono piuttosto persistenti e il loro tempo di vita è sufficiente per catturare altri radicali HO dando derivati diamagnetici stabili.

  1. la seconda strada, che avviene prevalentemente in mezzo acquoso, consiste inizialmente in un trasferimento elettronico dall’antiossidante al radicale HO· con formazione del radicale catione dell’antiossidante e anioni HO:

Ar(OH)n + HO–> Ar(OH)n-1OH++ HO

questo radicale si scinde velocemente in radicale arossile e H+:

Ar(OH)n-1OH+ –> Ar(OH)n-1O+ H+

gli idrogenioni reagiscono poi immediatamente con gli anioni HO per dare acqua:

H+ + HO –> H2O

infine il radicale arossile Ar(OH)n-1O reagirà con l’ossigeno o con altri intermedi di reazione per dare derivati stabili e non dannosi.[1]

La reazione di sottrazione di un idrogeno di un OH fenolico da parte di un radicale piccolo (tipo ossidrile, idroperossile, alcossile, perossile) è molto veloce anche in soluzione, con costante di velocità che differisce di due o tre ordini di grandezza dal limite collisionale (assenza di energia di attivazione, k ≈ 10-9 M-1s-1). Per esempio la reazione fra l’α-tocoferolo (vitamina E, un gruppo OH fenolico) e un radicale perossile nel plasma umano ha una costante di velocità di circa 106 M-1s-1 [2].

La reattività di un gruppo fenolico in un polifenolo dipende dall’entalpia del legame OH, la quale a sua volta dipende dalla posizione relativa di tale gruppo rispetto ad altri gruppi OH fenolici e sostituenti nella molecola. Sicché il grado di capacità di sottrarre radicali liberi di un polifenolo non dipende tanto dal numero di OH fenolici in esso contenuti ma dalla posizione relativa di questi rispetto a tutti gli altri sostituenti nella molecola.

A questo proposito è stata elaborata una teoria che permette di calcolare l’entalpia di un legame OH in un polifenolo, detta teoria BDE (Bond Dissociation Enthalpy Theory). In base a questa teoria sono state proposte regole di additività che tengono conto degli effetti induttivo, coniugativo, di legami a idrogeno (inter e intra molecolari) su un certo legame OH per valutarne l’entalpia di legame[3] [3].

Sull’impiego, l’efficacia, gli usi e abusi degli antiossidanti polifenolici è in preparazione la 3a parte del post.

Riferimenti.

[1] Pedulli G.F., Gli inibitori delle reazioni radicaliche, relazione svolta al Convegno Celebrativo in onore dei Proff. Anna Maria Sechi e Carlo Alfonso Rossi dal tema “Le ricerche della Facoltà di Farmacia: il ruolo della Chimica Biologica con particolare riguardo ai meccanismi radicalici.”, Accademia delle Scienze, Università di Bologna, 14/11/1995 (non pubblicata).

[2] Burton G. W., Hughes L, Ingold K. U., “Antioxidant activity of phenols related to vitamin E. Are there chain-breaking antioxidants better than alpha-tocopherol?” J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 5950-5951.

[3] Wright J.S., Johnson E.R., Di Labio G.A., “ Predicting the Activity of Phenolic Antioxidants: Theoretical Method, Analysis of Substituent Effects, and Application to Major Families of Antioxidants”, J. Am. Chem. Soc., 2001,123, 1173-1183.

Note dell’autore.

[1] In commercio esistono due tipi di succo di arancia rossa di Sicilia: quelli refrigerati e quelli a lunga conservazione. Una ricerca interdisciplinare in collaborazione fra UniBO, UniCT e UniNa ha mostrato che solo i primi hanno attività antiossidante e contengono cianidina, mentre nei secondi la cianidina si è degradata nel processo di pastorizzazione e quindi sono privi di cianidina e hanno scarsa o nulla attività antiossidante [A. Fiore et al. Antioxidant activity of pasteurized and sterilized commercial red orange juices, Molecular Nutrition & Food Research, 2005, 49, 1129-1135]

[2] I nomi comuni di tutti gli antiossidanti qui menzionati derivano dal nome della pianta da cui sono stati isolati la prima volta.

[3] Nostre ricerche hanno mostrato che la ΔBDE calcolata in base alle regole di additività sono in ottimo accordo con i dati sperimentali di attività antiossidante misurata in vitro v. ad es: Cainelli G. et al. New polyphenolic beta-lactams with antioxidant activity, Chem. Biodiv., 2008, 5, 811-829; R. Cervellati et al., Monocyclic b-lactams as antibacterial agents: Facing antioxidant activity of N-methylthio-azetidinones, Eur. J. Med. Chem., 2013, 60, 340-349.

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E’ APERTA LA RACCOLTA DI FIRME PER LA PETIZIONE ALLA IUPAC per dare il nome Levio ad uno dei 4 nuovi elementi:FIRMATE!

https://www.change.org/p/international-union-of-pure-and-applied-chemistry-giving-name-levium-to-one-of-the-4-new-chemical-elements

La chimica e i fenicotteri rosa

a cura di AnnaMaria Raspolli

La scorsa settimana, nel tardo pomeriggio, ero su un infuocato treno locale Pisa-Firenze e seduto accanto a me c’era un giovane africano che guardava con curiosità la tesi che stavo correggendo. Poco prima di scendere, il ragazzo, sorridendo, mi ha detto di avere un diploma in chimica ma di lavorare come operaio nel distretto industriale conciario. Mi ha detto anche, prima di salutarmi, di aver molto amato la chimica perchè aveva avuto un professore che sapeva far appassionare i ragazzi alla materia e che diceva sempre “se non conoscete la chimica non saprete mai spiegarvi la magia dei fenicotteri rosa”.

fenicotteri1

Questa breve frase mi ha colpito, perchè ho pensato che non sempre riusciamo a far appassionare i nostri studenti alla chimica ed ho anche realizzato che non avevo molto chiara la “chimica dei fenicotteri”. Ho scoperto che questi stupendi animali con la chimica hanno molto a che fare. Tutti i fenicotteri rosa devono il colore rosato delle loro piume ai carotenoidi contenuti nei piccoli crostacei, in alcuni insetti o nelle alghe rosse. I piccoli nascono con le piume bianche, ma se la loro dieta è ricca di carotenoidi assumono il colore rosa, che viene perduto dai fenicotteri mantenuti in cattività con una alimentazione carente. In particolare un carotenoide, l’astaxantina, la cui formula è sotto riportata, è responsabile della colorazione delle piume dei fenicotteri (D.L. Fox Nature 175, 942-943 (28 May 1955); doi:10.1038/175942).

fenicotteri2

La molecola, caratterizzata dai doppi legami coniugati,  è lipofila e si accumula nell’organismo degli animali. In realtà durante la digestione il composto si modifica in parte nella cantaxantina, priva dei due gruppi idrossilici, che è anch’essa capace di provocare la colorazione rosata.

Questi carotenoidi sono particolarmente studiati negli ultimi anni per i loro effetti antiossidanti, tanto che alcuni studi ne rivendicano gli effetti anticancro ed antiinvecchiamento, in particolare  a livello oculare e cerebrale (K. Nakagawa, Br. J. Nutr.2011 Jun;105(11):1563-71. doi: 10.1017/S0007114510005398). Traendo spunto da questi studi scientifici seri, alcuni guru della nutrizione sono è rapidamente passati al proporre  l’ astaxantina come integratore alimentare, che non è proprio la stessa cosa!

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Tornando ai fenicotteri, una altissima concentrazione di questi volatili (oltre due milioni)  è presente nella zona dei laghi salati di origine vulcanica nel nord della Tanzania, in particolare sul lago alcalino Natron, che deve il proprio nome alla presenza di elevate concentrazioni di carbonato di sodio, che impartiscono alle sue acque un pH anche superiore a 10. L’alta alcalinità e la temperatura elevata delle acque (fino a 50 °C nella stagione calda) fanno sì che la maggior parte dei predatori non si avvicinino a questo lago che garantisce quindi  ai fenicotteri un habitat ideale. Infatti le acque sono ricchissime di cianobatteri che donano alle alghe la caratteristica colorazione blu e, nei casi della Spirulina e della Oscillatoria rubescens, la colorazione rossa; esse costituiscono la principale e ghiottissima fonte di nutrimento per circa 2,5 milioni di fenicotteri che si trovano sul lago.

fenicotteri4

Negli ultimi anni si era diffusa la notizia di un possibile sfruttamento della soda del lago Natron da parte della Tata  Chemicals. Questa ipotesi, che poteva determinare un significativo mutamento dell’ecosistema, è stata nel tempo significativamente ridimensionata, in quanto il danno ambientale (e la conseguente svalutazione come destinazione turistica) è stato valutato ben superiore al beneficio economico dell’impianto proposto. (http://www.birdlife.org/community/2012/08/soda-ash-mining-at-lake-natron-is-not-economically-viable/).

I metalli e lo stress ossidativo: il rame

a cura di Luigi Campanella

rameIl nostro organismo ha sviluppato nella sua evoluzione dei metodi di difesa molto complessi e delicati, ma queste difese non sono sempre efficaci al 100%, in particolare nell’eliminare i radicali liberi dall’organismo; esistono infatti delle situazioni, patologiche e non, in cui la produzione di radicali liberi aumenta in modo tale che la “barriera” di difese antiossidanti di ciascun individuo non è più in grado di neutralizzarli: si creano le condizioni di stress ossidativo. Il perdurare del rischio ossidativo, dovuto a queste molecole altamente reattive, può determinare delle reazioni a carico delle strutture cellulari che innescano processi di invecchiamento su tutti i tessuti (e che generano, tra l’altro, malattie della pelle, infiammazioni, perdita di elasticità dei vasi sanguigni e persino tumori), non immediatamente visibili, ma che si manifestano nel corso tempo. Sono sempre più numerosi gli studi di tecniche analitiche finalizzate alla determinazione del grado di stess ossidativo dell’organismo, attraverso la rilevazione della quantità di radicali liberi presenti nel sangue o in altri liquidi biologici. Proprio da questi studi è emersa una stringente correlazione tra l’aumento di radicali liberi e la presenza di diversi fattori scatenanti quali il fumo di sigaretta, lo stress psico-fisico, l’inquinamento ambientale, l’assunzione di farmaci, malattie (allergie, infiammazioni, infezioni, ipertensione, diabete, ecc.), l’eccessiva esposizione solare, regimi alimentari non bilanciati e diete dimagranti drastiche, e anche un’attività fisica molto intensa, inoltre l’uso della pillola contraccettiva e gli estrogeni utilizzati durante la menopausa. In tutti questi casi quindi si rende utile l’apporto esterno di agenti antiossidanti in grado di disattivare o stabilizzare i radicali liberi prima che attacchino la cellula, senza dimenticare che anche normali condizioni di salute non mettono completamente al riparo dallo stress ossidativo. L’efficienza del sistema antiossidante dell’organismo diminuisce fisiologicamente con l’età, e ciò conduce ad un aumento del rischio di patologie età-dipendenti.

Le sostanze vegetali rappresentano la principale fonte di sostanze antiossidanti, non solo per il loro contenuto vitaminico, ma soprattutto per la presenza di miscele complesse e uniche di composti chimici, come i flavonoidi e i polifenoli. Una dieta ricca di frutta e verdura può ridurre il rischio di patologie croniche e degenerative, non tanto in relazione alle vitamine contenute, ma al fitocomplesso di antiossidanti e all’azione concentrata di diversi composti chimici. Il rame, talvolta indicato come antiossidante, non possiede di per sé questa attività, ma è necessario per garantire la funzionalità dei sistemi antiossidanti dell’organismo; in bassissime concentrazioni (tracce) è necessario allo svolgersi delle normali funzioni metaboliche, ma è tossico a dosaggi superiori.

Il rame, grazie ai suoi due stati ossidativi, partecipa all’attività di metalloenzimi che trasferiscono elettroni (ossidasi): citocromo-ossidasi, tioloossidasi, DOPA ossidasi e superossido dismutasi. Risulta di conseguenza un elemento essenziale per il metabolismo energetico a livello cellulare, per la produzione di tessuto connettivo e per la sintesi di peptidi neuroattivi (catecolamine, encefaline). Partecipa alla catena respiratoria, nterviene nella sintesi dell’emoglobina (con il ferro) e nell’attività di cheratinizzazione e pigmentazione dei capelli e della cute. Ha inoltre influenza sulla funzionalità cardiaca. Il contenuto totale nell’organismo varia da 50 a 120 mg di cui 40% nei muscoli, 15% nel fegato, 10% nel cervello, 10% nel sangue ed il restante nel cuore e nei reni.

Il rame ingerito come solfato di rame incomincia ad essere tossico a partire da 10 mg/die. L’assunzione di rame con gli alimenti è molto meglio tollerata, ed è stato suggerito che la soglia di tolleranza  possa essere aumentata a 35 mg. In attesa di ulteriori verifiche le raccomandazioni europee suggeriscono di mantenere la soglia di tossicità a 10 mg/die (Commission of the european Communities, 1993).

Function and Regulation of Human Copper-Transporting  Physiol Rev 87: 1011–1046, 2007; doi:10.1152/physrev.00004.2006ATPases SVETLANA LUTSENKO, NATALIE L. BARNES, MEE Y. BARTEE, AND OLEG Y. DMITRIEV

Function and Regulation of Human Copper-Transporting Physiol Rev 87: 1011–1046, 2007; doi:10.1152/physrev.00004.2006ATPases
SVETLANA LUTSENKO, NATALIE L. BARNES, MEE Y. BARTEE, AND OLEG Y. DMITRIEV

Il rame è contenuto in maggiori quantità nel fegato e nel rene, nei molluschi ed in alcuni frutti (avocado, noci, nocciole, uva secca). In genere, una dieta equilibrata fornisce quantità adeguate di rame.

In Italia i livelli di ingestione giornaliera sono compresi tra 3 e 4.5 mg per persona al giorno (con punte di 5.3 mg per giorno in Lombardia). Gli alimenti che risultano le maggiori fonti di rame in Italia sono gli amilacei, la frutta, le carni, il pesce e le uova. Per i bambini, le raccomandazioni sono calcolate con metodo fattoriale sulla base del contenuto tissutale (1.38 microgrammi/g), delle perdite endogene e dell’assorbimento, stimando  nel 50% della quota ingerita. Si raccomandano livelli di ingestione che vadano da 30 microgrammi/kg/die per bambini di 1-6 anni a 18 microgrammi/kg/die per adolescenti di 15-18 anni di età (Commission of the european Communities, 1993).

Model for intestinal Cu absorption and peripheral distribution. From the following article Mechanisms for copper acquisition, distribution and regulation Byung-Eun Kim, Tracy Nevitt & Dennis J Thiele Nature Chemical Biology 4, 176 - 185 (2008) Published online: 15 February 2008 doi:10.1038/nchembio.72

Model for intestinal Cu absorption and peripheral distribution.
From the following article
Mechanisms for copper acquisition, distribution and regulation
Byung-Eun Kim, Tracy Nevitt & Dennis J Thiele
Nature Chemical Biology 4, 176 – 185 (2008) Published online: 15 February 2008
doi:10.1038/nchembio.72

I neonati prematuri di peso inferiore a 1500 g necessitano di maggiori apporti di rame, poiché non si è verificato l’accumulo di rame che copre normalmente il fabbisogno del bambino fino all’epoca dello svezzamento. Il livello raccomandato da un gruppo di esperti dell’OMS è di 80 microgrammi/kg/die.

In gravidanza si pensa che l’aumento del fabbisogno legato al feto sia ampiamente soddisfatto dagli alimenti metabolici materni. Non è pertanto necessario raccomandare assunzioni più elevate di quelle dell’adulto.

Il latte umano è particolarmente ricco di rame (0.22 mg/dl); durante l’allattamento si verifica un aumento dell’apporto di 0.3 mg/die per la produzione di 750 ml di latte al giorno, stimato nel 50% la quota assorbita dalla dieta.

Negli adulti, studi metabolici di bilancio non forniscono dati conclusivi sui fabbisogni di rame. Sembra però che il bilancio possa essere raggiunto  con quantità di circa 1.2 mg/die.

L’escrezione del rame viene attraverso le urine, il sudore, la bile. Il circolo enteroepatico e la modulazione dell’assorbimento intestinale concorrono al mantenimento dell’omeostasi dell’elemento.

Stati di carenza in rame sono stati osservati nell’infanzia in neonati pretermine, in lattanti alimentati con latte vaccino non modificato, in bambini malnutriti. Nell’adulto si rivelano casi di carenza in soggetti in nutrizione parenterale totale, nella malnutrizione proteico-energetica, in soggetti con dieta ricca di zinco e povera di proteine e con dieta particolarmente ricca di fibre.

Un’alterazione genetica con un alterato assorbimento e trasporto del rame è presente nella sindrome di Menkes, caratterizzata da un grave stato di carenza. Le manifestazioni carenziali sono: neutropenia, leucopenia, anormalità scheletriche (grave osteoporosi e fratture patologiche anche nell’infanzia), aumento della suscettibilità alle infezioni, soprattutto di tipo respiratorio, anemia nelle forme prolungate e severe. La carenza di rame può essere rilevata da basse concentrazioni plasmatiche di rame e di ceruloplasmina.

Non sono noti casi di tossicità di rame se non per ingestione volontaria o per accidentale contaminazione di bevande. Gli effetti della tossicità acuta sono l’emolisi intravascolare, la necrosi epatocellulare ed alterazioni a carico del tubolo renale. In caso di esposizione cronica a bevande contaminate da parte di tubazioni o di recipienti il rame si accumula nel fegato, provocando necrosi epatocellulare, insufficienza e cirrosi epatiche; sono particolarmente suscettibili neonati e bambini. L’assorbimento del rame introdotto con gli alimenti avviene al livello del tenue, tramite il legame con una metallotioneina; la quota assorbita è stimata tra il 35 e il 70%. L’assorbimento è favorito in condizioni di pH acido, è inibito dai fitati, dal calcio, da altri oligoelementi, in particolare dallo zinco, il cui metabolismo è legato a quello del rame.

ceruloplasminaIl rame viene trasportato in circolo per la maggior parte legato alla ceruloplasmina (90-95%): la concentrazione plasmatica normale è di circa 100  microgrammmi/dl. La ceruloplasmina partecipa all’ossidazione di numerosi substrati tra cui l’adrenalina, la serotonina, l’ascorbato, il Fe2+ (ossidato a Fe3+), il Mn+2 (ossidato a Mn+3), potrebbe inoltre agire da “scavenger” nei confronti dei radicali liberi nel plasma.

È stata valutata l’influenza del rame ione sulla capacità antiox; così nel caso di un antiossidante endogeno, il glutatione, e di tre esogeni, l’acido ascorbico (naturale), il trolox (analogo sintetico di un antiossidante naturale), il n-propilgallato (sintetico), attraverso la determinazione delle costanti di formazione dei complessi antiossidante/rame, si è cercato di interpretare il ruolo del metallo.

acido ascorbico

acido ascorbico

glutatione

glutatione

n-propil-gallato

n-propil-gallato

trolox

trolox

Gli antiossidanti citati sono leganti polidentati e coordinano il rame con formazione di complessi. La stabilità di questi complessi è definita quantitativamente dai valori delle costanti di formazione K. I valori di K sono stati determinati sperimentalmente, a 25 °C, in

presenza di perclorato di sodio 1M (elettrolita di supporto), con il metodo della voltammetria ciclica, seguendo una procedura classica riportata in letteratura. I complessi tra mole di rame ione e moli di agente chelante sono rispettivamente, 1:3 per l’acido ascorbico, 1:2 per il glutatione, 1:4 per il n-propilgallato, 1:2 per il trolox. Il rame è coordinato attraverso gli atomi di zolfo, di azoto del gruppo amminico, dell’ossigeno dei gruppi carbossilici del glutatione ed attraverso gli atomi di ossigeno dei gruppo ossidrilici e carbossilici di acido ascorbico, n-propilgallato, trolox. Gli alti valori di K (≥ 1010) indicano la formazione di complessi stabili a struttura ciclica. Peraltro si rileva che la scala del potere antiossidante e quella della stabilità dei complessi vanno nello stesso ordine e che i due antiossidanti più forti sono caratterizzati da un minore valore del rapporto metallo/legante.

L’effetto del rame sulla capacità antiossidante degli antiossidanti considerati risulta positivo: infatti i complessi risultano più antiossidanti dei complessanti da soli. Il rame ione, aggiunto alle soluzioni degli antiossidanti ad una concentrazione ≥ 10-3 mol/L, influenza – con correlazione lineare – la capacità antiossidante. Gli effetti più rilevanti si manifestano sugli antiossidanti esogeni n-propilgallato (sintetico) e acido ascorbico (naturale). Non appare una correlazione fra la stabilità dei complessi e l’incremento del potere antiossidante. Le differenze di stabilità sono relativamente modeste, ma se si considerano il trolox ed il n-propilgallato i cui complessi con il rame sono rispettivamente il più debole ed il più stabile fra quelli formati si vede che il rapporto massimo rmax fra la capacità antiossidante dopo e prima dell’aggiunta del rame è per entrambi intorno a 6. È quindi da prevedere che è sufficiente una complessazione mediamente stabile (K = 1010) per garantire una stabilità all’antiossidante e quindi una sua maggiore attività.

Antiossidante

Capacitò Antiossidante

rmax

[Sale di rame]=0 [Cu(NO3)2•3H20]=10-2 mol/L [CuSO4)
=10-2 mol/L
[CuCl2•2H20]
=10-2 mol/L
Acido Ascorbico 1.00 6.343 4.693 3.959 6.343
Glutatione 0.298 2.210 1.127 5.652 18.966
n-propilgallato 1.822 7.921 7.045 11.063 6.071
Trolox 1.020 2.948 5.793 1.694 5.679

per approfondire: http://it.wikipedia.org/wiki/Rame

http://en.wikipedia.org/wiki/Copper_in_health

Judith R Turnlund, Human whole-body copper metabolism Am J Clin Nutr May 1998 vol. 67 no. 5 960S-964S  scaricabile da http://ajcn.nutrition.org/content/67/5/960S.full.pdf+html