Le specie reattive dell’azoto (RNS) sono prodotte prevalentemente dallo smog fotochimico e rappresentano un potenziale rischio per la qualità dell’acqua potabile perché reagiscono con i composti organici per formare sottoprodotti tossici.
All’interno del corpo umano sono prodotte da cellule mesangiali, cellule muscolari lisce, piastrine ed epatociti.
Le specie reattive dell’azoto agiscono, insieme alle specie reattive dell’ossigeno, danneggiando le cellule e provocando lo stress nitrosidativo.
Tuttavia, mentre nello stress ossidativo i radicali liberi dell’ossigeno in eccesso generano fenomeni di ossidazione e quindi degenerazione dei tessuti dell’organismo, nello stress nitrosidativo l’ossido nitrico compromette la funzione dei mitocondri e la produzione di energia per la vita.
Sintesi delle specie reattive all’azoto
Derivano dall’ossido nitrico che presenta un elettrone spaiato ed è pertanto un radicale rappresentato come ·N=O e lo ione superossido O2– che è una specie reattiva dell’ossigeno.
Dalla loro reazione si forma il perossinitrito isomero strutturale dello ione nitrato NO3– e rappresentato come ONOO–:
·N=O + O2– → ONOO–
Il perossinitrito ottenuto è una specie altamente reattiva che può reagire con lipidi, tioli, residui di amminoacidi, basi azotate del DNA e antiossidanti a basso peso molecolare. Il perossinitrito e il suo prodotto di degradazione, l’acido perossinitroso HONOO, sono in grado di indurre danno perossidativo e nitrosazione delle molecole di tirosina che facilitano la trasduzione del segnale.
Questi effetti citotossici si verificano spesso attraverso l’interazione di perossinitrito e HONOO con acidi nucleici, proteine e lipidi sia attraverso reazioni ossidative dirette che meccanismi indiretti mediati dai radicali
Classificazione delle specie reattive dell’azoto
Le specie reattive dell’azoto sono classificabili come:
- Specie non radicaliche
HNO2 acido nitroso
NO+ catione nitrosile
NO– anione nitrosile
N2O3 triossido di diazoto
NO2+ nitrile
ROONO alchilperossinitrito
NO2Cl cloruro di nitrile
- Specie radicaliche
NO· ossido nitrico
Meccanismo di formazione dell’ossido nitrico
L’ossido nitrico è prodotto dalla L-arginina tramite l’ossido nitrico sintasi enzima appartenente alla classe delle ossidoreduttasi. Esso catalizza la produzione di NO a partire da ossigeno e arginina, che è trasformata in citrullina, intermedio del ciclo dell’urea, secondo la reazione:
arginina + n NADPH + n H+ + m O2 ⇄ citrullina + NO + n NADP+
L’enzima ha come cofattori FAD, FMN, NADPH e tetraidrobiopterina, coenzima che partecipa alle reazioni di ossidoriduzione.
Inoltre, è dimostrato che il glucosio produce indirettamente NO stimolando la via dei pentoso fosfati e la conversione della arginina in citrullina
Ruolo delle specie reattive dell’azoto
A livello fisiologico, le specie reattive dell’azoto sono cruciali per varie funzioni infatti l’ossido nitrico interagisce direttamente con la guanil ciclasi solubile per stimolare la sintesi di guanosina monofosfato ciclico che a sua volta attiva la fosfodiesterasi regolata da cGMP, la proteina chinasi G e i canali ciclici nucleotidici.
Tuttavia la diversa velocità di formazione e di rimozione provoca stress nitrosativo generato da uno squilibrio tra la formazione di RNS e la capacità di difesa antiossidante che può influenzare i principali componenti cellulari, inclusi lipidi, proteine, carboidrati e DNA.
I mitocondri sono riconosciuti come un sito critico nella cellula per la formazione di RNS e come loro bersaglio.
La membrana mitocondriale interna, la cui permeabilità ai soluti è controllata da trasportatori altamente specifici e canali strettamente regolati, è il sito di accoppiamento tra l’ossidazione del substrato e la sintesi di ATP nel processo di fosforilazione ossidativa. I mitocondri operano una sequenza di processi di conversione dell’energia attraverso i quali il flusso esoergonico di elettroni lungo i complessi respiratori supporta il pompaggio endoergonico di protoni dalla matrice allo spazio intermembrana. La forza motrice protonica risultante guida la rotazione del settore dell’ATP sintasi portando alla sintesi dell’ATP, ma il flusso di elettroni attraverso la catena respiratoria genera anche ROS e RNS.
Lo stress ossidativo o nitrosativo può non solo alterare i livelli delle proteine mitocondriali, ma anche indurre modificazioni post traduzionali delle proteine. Queste modificazioni comportano cambiamenti reversibili a livello di residui di cisteina, tirosina, metionina, istidina e triptofano e carbonilazione proteica irreversibile. Tutte queste modifiche portano a cambiamenti nella struttura e nell’attività delle proteine, influenzando così il loro ruolo nella funzione cellulare.