Le specie chimiche ossidanti

      Le specie chimiche reattive (SCR) sono molecole o atomi, singoli o raggruppati, ovvero ioni, semplici o complessi, accomunati dalla tendenza a reagire più o meno facilmente, in funzione della loro natura e delle condizioni del mezzo in cui si trovano, con altre specie chimiche con le quali vengono a contatto.

      Le SCR giocano un ruolo determinante negli organismi viventi, in quanto costituiscono intermedi obbligati delle reazioni che presiedono ai più importanti processi vitali, quali la trasformazione dell’energia potenziale contenuta nei nutrienti in energia chimica di legame, la difesa dall’attacco di germi patogeni, la detossificazione, la trasduzione di segnali, etc.

Dato lo stretto legame concettuale esistente fra SCR e reazioni di ossido-riduzione, è opportuno ricordare che una determinata specie chimica si ossida quando cede uno o più equivalenti riducenti ad un’altra specie chimica in grado di accettarlo/i e che, quindi, si riduce.

      Nelle reazioni redox è preferibile utilizzare, per indicare “l’oggetto dello scambio”, il termine più generale di “equivalente riducente”. Quest’ultimo – esemplificando al massimo il discorso – corrisponde all’elettrone, nelle classiche reazioni di chimica inorganica, ovvero all’idrogeno atomico (spesso in coppia), nelle classiche reazioni di chimica organica (vedi oltre).

Utilizzando un linguaggio squisitamente tecnico, la specie chimica che, al termine della reazione, ha ceduto l’equivalente riducente e si è, quindi, ossidata, avendo anche – per definizione – reso possibile la contemporanea riduzione dell’altra, viene detta “riducente”. Con ragionamento esattamente speculare, la specie chimica che – al termine della stessa reazione – ha accettato l’equivalente riducente, e si è quindi ridotta, è chiamata “ossidante”, in quanto ha reso possibile l’ossidazione dell’altro agente in gioco.

      Le reazioni redox possono essere studiate dal punto di vista quantitativo con l’ausilio del numero di ossidazione (n. d. o.), con questo termine intendendosi il numero totale degli elettroni – realmente o “virtualmente” – ceduti o acquistati nel corso di una reazione da ciascuna delle due specie chimiche che ha subito il fenomeno, rispettivamente, dell’ossidazione o della riduzione. In pratica, ponendo idealmente in sequenza tutti i numeri di ossidazione immaginabili,  dal  più  negativo (–7) al più positivo (+7), zero compreso, l’ossidazione, coincidendo con una cessione di equivalenti riducenti (ovvero di elettroni e, quindi, di cariche elettriche negative)  sarà segnata da una variazione del n. d. o. da un valore più elevato (più “negativo”) ad uno più basso (più “positivo”), il contrario verificandosi nel caso della riduzione.Due esempi, tratti, rispettivamente dalla chimica inorganica e dalla chimica organica, possono aiutare a comprendere meglio questi fondamentali concetti.

      E’ ampiamente noto dallo studio della chimica inorganica che l’immersione di una lamina di zinco metallico in una soluzione contenente solfato rameico (CuSO4), si accompagna alla generazione di rame metallico. La reazione, un classico esempio di processo redox, è resa possibile dal fatto che – nel sistema considerato – lo zinco, nella sua forma metallica, elementare (Zn°), si comporta da agente riducente, ossia cede due elettroni al rame, presente in forma ionica rameica (Cu2+), riducendolo, appunto, a rame metallico, elementare (Cu°), per liberarsi alla fine della reazione nella sua forma ionica ossidata (Zn2+). Con discorso speculare, il rame, nella sua forma ionica rameica (Cu2+), si comporta da agente ossidante, cioè sottrae due elettroni allo zinco metallico (Zn°), ossidandolo, appunto, a zinco ionico (Zn2+), e rigenerando se stesso in forma ridotta (Cu°), metallica o elementare. La reazione appare anche stechiometricamente bilanciata. Infatti, 1 atomo di zinco si è ossidato, cedendo 2 elettroni ad 1 ione rameico, ed ha, quindi, mutato il suo n. d. o. da 0 (Zn°) a +2 (Zn2+); viceversa, 1 ione rameico si è ridotto, acquistando 2 elettroni da 1 atomo di zinco, ed ha, quindi, subito una variazione del suo n. d. o. da +2 (Cu2+) a 0 (Cu°). Merita di essere sottolineato che, da qualunque dei due punti di vista si consideri la reazione, l’elemento dello scambio è rappresentato dagli elettroni, che consentendo a chi li acquista di ridursi sono a ragione definibili “equivalenti riducenti”.

      Molto più semplice, almeno in apparenza, il discorso delle reazioni redox in chimica organica, ben esemplificato in alcune tappe della glicolisi. A questo proposito, è noto che, nella fase finale di tale via metabolica, quando da una condizione di parziale anaerobiosi la cellula passa ad una condizione di aerobiosi, l’enzima lattico-deidrogenasi (LDH) catalizza la conversione dell’acido lattico in acido piruvico. In questa reazione, il coenzima della LDH, il nicotinammideadenindinucletide ossidato (NAD+) si comporta da agente ossidante, ossia sottrae una coppia di atomi di idrogeno all’acido lattico, ossidandolo, appunto, ad acido piruvico, e rigenerandosi sotto forma di nicotinammideadenindinucletide ridotto (NADH + H+). Anche in questo caso, appare evidente come sia ben appropriato attribuire agli atomi di idrogeno il significato di equivalenti riducenti, in quanto essi consentono, a chi li acquisisce, di ridursi. Analogamente al rame, nella sua forma rameica (Cu2+), e al nicotinammideadenindinucleotide, nella sua forma ossidata (NAD+), nei due esempi sopra considerati, le SCR agiscono generalmente da agenti ossidanti. Esse, infatti, per la loro intrinseca natura tendono a sottrarre uno o più equivalenti riducenti ad un gran numero di atomi o molecole con cui giungono a contatto.

      Nel corso degli ultimi decenni, le SCR stanno suscitando un enorme interesse fra gli studiosi. Ciò è largamente dovuto al fatto che esse, proprio per la loro più o meno spiccata capacità ossidante, possono indurre, se in eccesso, un particolare tipo di danno – detto, appunto, ossidativo – che può interessare indiscriminatamente qualsiasi componente strutturale degli organismi viventi, dai glicidi ai lipidi, dagli amminoacidi alle proteine, dai nucleotidi agli acidi nucleici, con effetti non sempre prevedibili.

       Infatti, l’eccessiva produzione di SCR da parte dei mitocondri in seguito ad un esercizio fisico strenuo può favorire nell’atleta non allenato la comparsa di lesioni articolari o muscolo-tendinee. Invece, le SCR prodotte in risposta ad un attacco batterico dai leucociti polimorfonucleati favoriscono la distruzione  dei germi patogeni, proteggendo l’organismo umano dalle conseguenze indesiderate di un’infezione.

      In generale, comunque, è alquanto riduttivo – oltre che scorretto dal punto di vista biochimico – associare necessariamente l’effetto delle SCR ad un evento dannoso. Anzi, alcune specie reattive – come l’ossido nitrico (vedi oltre) – sono indispensabili per la vita, intervenendo direttamente nel mantenimento dell’omeostasi o, addirittura, modulando l’espressione di taluni geni.

Eugenio Luigi Iorio

SCARICA L'ARTICOLO

Radicali liberi ed altre specie chimiche ossidanti
Descrizione delle specie chimiche reattive ad azione ossidante di interesse biologico
IORIO_01_LE SPECIE CHIMICHE OSSIDANTI.pdf [769.07 KB]
Download