Radical liber

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În chimie , un radical (sau radical liber [1] ) este definit ca o entitate moleculară foarte reactivă cu o durată medie de viață foarte scurtă, constând dintr-un atom sau o moleculă formată din mai mulți atomi, care are un electron nepereche [2] : aceasta electronul face ca radicalul să fie extrem de reactiv, capabil să se lege de alți radicali sau să fure un electron din alte molecule din apropiere [3] .

Radicalii joacă un rol important în fenomene precum arderea , polimerizarea și fotochimia și multe alte procese chimice, inclusiv în cele care afectează fiziologia umană. În acest din urmă caz, superoxidul și monoxidul de azot joacă un rol foarte important în reglarea multor procese biologice, cum ar fi controlul tonusului vascular .

Termenul radical și radical liber sunt adesea folosiți cu același sens. Primul radical liber stabil, trifenilmetilul , a fost identificat de Moses Gomberg în 1900 la Universitatea din Michigan .

În ciuda reactivității lor, majoritatea au o viață suficient de lungă pentru a permite observarea prin metode spectroscopice .

Se formează spontan în natură sau în laborator , prin acțiunea luminii sau a căldurii în urma scindării homolitice a unei legături covalente .

Exemplul de mai jos ilustrează formarea a doi radicali metil plecând de la o moleculă de etan ; în acest caz sunt necesari 88 kcal / mol de energie , ceea ce reprezintă energia de disociere a legăturii CC:

Radicali, ioni și grupuri funcționale

Conceptul de „radical” amintește conceptele de „ ion ” și „ grup funcțional ”; următoarele sunt asemănările și diferențele dintre aceste concepte:

  • ionii și radicalii sunt entități moleculare , în timp ce grupurile funcționale nu sunt entități moleculare, ci părți ale altor entități moleculare (de exemplu părți ale moleculelor );
  • radicalii și ionii se pot combina cu alte entități moleculare; radicalii sunt mai reactivi decât ionii, deci se combină mai ușor cu alte entități moleculare, în timp ce pentru grupurile funcționale nu are sens să vorbim despre reactivitate;
  • radicalii sunt entități moleculare neutre (cu excepția cazului special al ionilor radicali ), în timp ce ionii sunt entități moleculare încărcate (pozitiv sau negativ); pentru grupurile funcționale unice, fiind parte a unei entități moleculare, nu este posibil să se definească o „sarcină”;
  • radicalii conțin un electron nepereche, în timp ce ionii pot avea un octet complet (de exemplu Cl - ) sau nu (de exemplu Cl), în timp ce grupurile funcționale, care fac parte dintr-o entitate moleculară, pot avea doar electroni împărțiți;
  • funcția radicală este indicată cu simbolul "•" (care indică electronul nepereche), ionii sunt însoțiți în reprezentare de numărul de sarcini pozitive (indicat de un număr urmat de simbolul "+" sau de tot atâtea "+ „semne precum sunt încărcăturile pozitive) sau negative (indicate printr-un număr urmat de simbolul„ - ”sau prin tot atâtea semne„ - „precum sarcinile negative), în timp ce grupurile funcționale sunt reprezentate prin indicarea legăturilor pe care le prezintă cu restul entității moleculare (de exemplu -COOH are o legătură simplă, în timp ce = CO poate avea o legătură dublă sau două legături simple).

Există, de asemenea, entități moleculare particulare care au atât proprietățile caracteristice ale ionilor, cât și ale radicalilor: aceste entități moleculare sunt numite „ ioni radicali ”.

Mecanisme de formare a ionilor și a radicalilor

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Împărțirea (chimia) .

În afară de cazul ionilor radicali, care sunt înzestrați cu sarcină (pozitivă sau negativă), radicalii sunt entități moleculare neutre.

Deoarece radicalul are un electron nepereche, s-ar putea face greșeala de a considera radicalul ca o entitate moleculară încărcată negativ. Această neînțelegere apare atunci când se crede că radicalul derivă dintr-o entitate moleculară neutră la care s-a adăugat un electron nepereche, pentru care ar avea o sarcină negativă; în realitate radicalul nu apare din adăugarea unui electron la o entitate moleculară (așa cum se întâmplă în schimb în „ ionizarea ” entităților moleculare neutre, care dă naștere la ioni), ci din „divizarea” unui entitate moleculară neutră, prin urmare, dacă entitatea moleculară de pornire este neutră, împărțindu-se în două părți distincte, va da naștere la doi radicali neutri: de fapt dacă, în mod absurd, una dintre cele două entități moleculare a fost încărcată negativ, pentru conservarea sarcinii , celălalt ar trebui încărcat pozitiv, dar în acest din urmă caz ​​nu ar mai exista mecanismul „ decolteului homolitic ” (din care provin radicalii), ci „ decolteului heterolitic ” (din care provin ionii).

Având în vedere o entitate moleculară neutră, în special o moleculă diatomică A: B (unde colonul reprezintă o legătură unică între A și B), mecanismele de decolteare homolitice și heterolitice la care poate fi supusă molecula pot fi reprezentate, respectiv, în modul următor:

  • Scindare homolitică: A: B → A • + B •
  • Scindare heterolitică: A: B → A + + B: -

Exemplu

Luați în considerare o moleculă de clor . Formula brută a clorului este Cl 2 și molecula sa este, prin urmare, alcătuită din doi atomi de clor (Cl).

Termenul "clor" se referă atât la molecula Cl 2, cât și la elementul chimic Cl, dar în timp ce molecula Cl 2 este o specie chimică stabilă, clorul ca element chimic (Cl) nu poate fi definit ca o "specie chimică". În ciuda acestui fapt, putem defini o configurație electronică a atomului de clor, care este după cum urmează:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Prin urmare, atomul de clor are 17 electroni (2 electroni la nivelul 1, 8 electroni la nivelul 2 și 7 electroni la nivelul 3); atomul de clor are și 17 protoni și un număr variabil de neutroni (18, 19 sau 20), în funcție de izotopul considerat. Deoarece numărul de electroni dintr-un atom de clor este egal cu numărul de protoni (ca la toate celelalte elemente chimice), atomul de clor are o sarcină neutră. Deși atomul de clor are o sarcină neutră, are totuși un „ electron nepereche ”, deoarece pentru a ajunge la octet trebuie să formeze o legătură simplă cu un alt atom.

O moleculă de clor Cl 2 poate da naștere la doi radicali Cl • prin clivaj homolitic, în conformitate cu următorul mecanism:

Cl: Cl → Cl • + Cl •

În acest caz, fiecare radical este alcătuit dintr-un singur atom de clor, care, după cum sa menționat anterior, este neutru. Simbolul plasat între cei doi atomi de clor ":" indică perechea partajată de electroni , care constituie legătura covalentă, în timp ce simbolul "•" nu indică un dezechilibru de încărcare, ci prezența unui electron nepereche, care este responsabil de caracterul radicalului.

Stabilitatea radicalilor

În cazul radicalilor alchil, avem acest ordin de stabilitate:

terțiar> secundar> primar

Un radical alchil terțiar este deci mai stabil decât radicalul alchil secundar corespunzător, care la rândul său este mai stabil decât radicalul alchil primar corespunzător.

Radicalii pot fi, de asemenea, stabilizați prin rezonanță , atunci când sunt conjugați cu sisteme π, cum ar fi legături duble sau inele aromatice.

Formule de rezonanță ale radicalului alilic
Formule de rezonanță ale radicalului benzilic

Cu toate acestea, radicalii sunt în general entități moleculare foarte reactive și, prin urmare, au o durată scurtă de viață. Cu toate acestea, există radicali de lungă durată, care pot fi clasificați după cum urmează:

Radicali stabili

Primul exemplu de un radical stabil este molecular oxigen , O 2. Radicalii organici pot avea o viață lungă dacă fac parte dintr-un sistem π ​​conjugat, cum ar fi radicalul care derivă din α-tocoferol ( vitamina E ). Există, de asemenea, sute de radicali tiazilici, care au o stabilitate cinetică și termodinamică remarcabilă chiar și cu o stabilizare a rezonanței π foarte limitată [4] [5] .

Radicali persistenți

Radicalii persistenți sunt entități moleculare care pot trăi mult timp, deoarece există un obstacol steric semnificativ în jurul centrului rădăcinii; reacția radicalului cu alte entități moleculare este, prin urmare, dificilă din punct de vedere fizic [6] . Câteva exemple sunt radicalul trifenilmetil descoperit de Gomberg , sarea Fremy (nitrosodisulfonat de potasiu, [KSO 3 ] 2 NO •), oxizii de amină (formula generală R 2 NO •) precum TEMPO și TEMPOL. În timpul proceselor de ardere, sunt generate cantități mari de radicali persistenți, care „pot fi responsabili de stresul oxidativ cu consecințele bolilor cardio-pulmonare și, probabil, de cancerul care a fost atribuit expunerii la particule fine prezente în aer” [7] .

Fiziopatologie

Fără surse!
Această intrare sau secțiune pe medicina nu citează sursele necesare sau cele prezente sunt insuficiente.
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: deteriorarea radicalilor liberi .

Radicalii liberi sunt unul dintre cele mai importante mecanisme de deteriorare a celulelor, deși îndeplinesc multe funcții fundamentale în organism atunci când sunt controlate. [8] [9] [10]

Acestea sunt molecule care posedă un electron nepereche pe orbitalul exterior și această configurație electronică le face extrem de instabile și deosebit de reactive. Radicalii liberi reacționează ușor cu orice moleculă din apropierea lor (carbohidrați, lipide, proteine, acizi nucleici), afectând-o și compromitându-i adesea funcția. Mai mult, prin reacția cu alte molecule, acestea au capacitatea de a se auto-propaga, transformându-și țintele în radicali liberi și declanșând astfel reacții în lanț care pot provoca daune extinse în celulă. În condiții normale, fiecare celulă produce radicali liberi prin diferite procese, cum ar fi reacții enzimatice (de exemplu xantină oxidază sau NO sintază), fosforilare oxidativă, apărare imună (granulocite neutrofile și macrofage). Aceste cantități mici sunt tolerate și sunt inactivate de sistemele enzimatice, cum ar fi glutationul și alți antioxidanți numiți eliminatori datorită capacității lor de a neutraliza radicalii liberi. Când producția de radicali liberi este excesivă, se generează ceea ce se numește stres oxidativ. Sistemele enzimatice și antioxidanții intracelulari nu mai sunt capabili să facă față supraproducției, iar radicalii liberi generează leziuni celulare care pot fi reversibile, caz în care celula revine la condiții normale sau ireversibile, rezultând moartea celulelor prin apoptoză sau necroză. Stresul oxidativ este atribuit ca fiind cauza sau care contribuie la boli precum cancerul, îmbătrânirea celulară și bolile degenerative.

Speciile de oxigen reactiv pot fi clasificate ca ROS (din speciile reactive de oxigen ) sau, alternativ, ca ROI (din intermediarul reactiv de oxigen ). La fel, speciile reactive de azot pot fi denumite RNS ( Species Reactive Azot ) sau RNI.

ROS (Specii reactive de oxigen)

Speciile reactive de oxigen, ROS , sunt cei mai răspândiți radicali liberi. Cele mai importante ROS sunt anionul superoxid O 2 - , peroxidul de hidrogen H 2 O 2 și radicalul hidroxil • OH.

  • Anionul superoxid (O 2 - ) este produs de reducerea incompletă a O 2 în timpul fosforilării oxidative, de unele enzime (xantin oxidază) și de leucocite. Este inactivat de superoxid dismutază (SOD) care, combinându-l cu 2H + și catalizând reacția prin cofactorul său metalic (Fe, Mn, Cu, Zn sau Ni) îl transformă în H 2 O 2 și O 2 . Dacă nu este inactivat, dăunează lipidelor membranei, proteinelor și ADN-ului și poate stimula, de asemenea, producția de enzime în leucocite. În general, are o gamă limitată de acțiune.
  • Peroxid de hidrogen (H 2 O 2) este adesea neutralizat prin glutation peroxidaza sau unele oxidaza conținute în peroxizomi. Acesta este metabolizat de peroxizomilor catalază în H2O și O 2 care catalizează reacția prin intermediul grupării sale hem și glutation peroxidază în citosol și mitocondrii.
  • Radicalul hidroxil (• OH) este în general un produs al hidrolizei apei prin radiații sau este un produs al reacției Fenton pornind de la apa oxigenată (cu ionul feros Fe 2+ ca catalizator). Este cel mai reactiv ROS și este produs de leucocite pornind de la peroxidul de hidrogen pentru a distruge agenții patogeni, dar dacă este în exces provoacă leziuni la nivelul membranei plasmatice, proteinelor și acizilor nucleici. Acesta este inactivată prin conversia la H2O de glutation peroxidaza.

RNS (Specii reactive de azot)

Speciile reactive derivate din azot ( RNS ) de cel mai mare interes sunt oxidul nitric (NO) și peroxinitritul (ONOO - ).

  • Oxidul nitric este produs de NO sintază, dintre care există trei tipuri la om: neuronal NO sintază (nNOS), prezentă în neuroni și mușchiul scheletic, NO sintază inductibilă (iNOS) prezentă în sistemul cardiovascular și în celulele sistemului. și endotelial NO sintază (eNOS), prezent în endoteliu. Oxidul nitric este un neurotransmițător, este implicat în răspunsul imun, este un vasodilatator puternic, un al doilea mesager și participă la erecția penisului.
  • Peroxinitritul (ONOO - ) se formează prin reacția dintre oxidul nitric și ionul superoxid. Este transformat în HNO 2 de peroxiredoxine prezente în citosol și mitocondrii. Poate deteriora lipidele, proteinele și ADN-ul.

Generarea ROS și RNS

În interiorul celulei, radicalii liberi pot fi generați în diferite moduri.

  • Radiațiile ionizante descompun molecula de apă (H 2 O) ( fotoliză ) într-un radical hidrogen (H •) și radical hidroxil (• OH). Razele ultraviolete, razele X și razele gamma aparțin acestei categorii.
  • Inflamațiile sunt procese care declanșează producerea ROS de NADPH oxidază în leucocite pentru a scăpa de organismele patogene; cu toate acestea, uneori, radicalii liberi produși afectează și celulele sănătoase.
  • Unele enzime cum ar fi xantina oxidaza care generează O 2 - , NO sintază care generează NO, superoxid dismutază care generează H 2 O 2 sau pornind de la enzime care metabolizează medicamente sau alte substanțe chimice exogene.
  • Fosforilarea oxidativă care apare în timpul respirației celulare și care generează cantități mici din fiecare dintre cele mai importante trei ROS.
  • Metalele de tranziție acționează ca catalizatori în reacțiile care duc la producerea de radicali liberi. Cel mai frecvent este Fe 2+ prin reacția Fenton, urmată de cupru (Cu).
  • Alți radicali liberi pot contribui la formarea altor radicali liberi, de exemplu atunci când NO și O 2 - reacționează pentru a forma ONOO - peroxinitrit.

Eliminarea ROS și RNS

Celula are mai multe metode de metabolizare a ROS.

  • Cel mai comun sistem este cel care folosește enzime responsabile de transformarea speciilor reactive de oxigen în produse mai puțin reactive și toxice pentru celulă. A fost menționată superoxidul dismutază (există cel puțin trei tipuri) care acționează asupra O 2 - prin reacția 2 O 2 - + 2 H + -> H 2 O 2 + O 2 , catalaza care funcționează pe peroxidul de hidrogen prin reacție 2 H 2 O 2 -> 2 H 2 O + O 2 și glutation peroxidaza care acționează atât asupra peroxidului de hidrogen, cât și asupra radicalului hidroxil prin reacțiile H 2 O 2 + 2 GSH -> GSSG + 2 H 2 O și 2 OH + 2GSH -> GSSG + 2H 2 O. Raportul dintre glutation redus (GSH) și glutation oxidat (GSSG) este analizat pentru a evalua capacitatea celulei de a elimina ROS și este un indice al stării sale oxidative.
  • Celula controlează nivelul metalelor de tranziție din interior, în special cele ale fierului și cuprului. De fapt, fierul este întotdeauna legat de o proteină și tinde să fie păstrat în starea ferică Fe 3+ . În sânge este legată de transferină, proteina cu cea mai mare afinitate cunoscută pentru substratul său, este stocată în feritină, dar este utilizată și în grupul hem al multor metaloproteine ​​și feroxidaze de semnificație diferită. Cuprul este legat în principal de ceruloplasmină și efestin.
  • Celula are antioxidanți responsabili de neutralizarea radicalilor liberi, eliminatorii. Aceasta include glutation, vitamina A (retinol, retină, acid retinoic), vitamina C (acid ascorbic) și vitamina E (tocoferol).

Efectele radicalilor liberi

Radicalii liberi tind să afecteze în special trei componente ale celulei: lipide, proteine ​​și acizi nucleici.

  • Peroxidarea lipidelor , în special a membranei plasmatice și a membranelor organitelor intracelulare, este o leziune comună a celulelor datorată ROS și RNS. Radicalii liberi, în prezența oxigenului, reacționează cu legăturile duble ale lipidelor membranare generând peroxizi lipidici care, fiind reactivi, se propagă provocând daune extinse membranelor. Cel mai înspăimântător ROS în acest caz este • OH. Prin urmare, în eritrocite pot provoca hemoliză. Degradarea lipidelor operate de radicalii liberi este detectabilă prin prezența produselor finale avansate de lipoxilare (ALEs, Advanced Lipoxylation End-products) precum 4-hidroxi-nonenal (4) HNE) și malonil-dialdehidă (MDA). Au fost dezvoltate teste colorimetrice foarte sensibile (metoda ELISA) care permit detectarea 4-HNE și MDA la concentrații tisulare sub micromolar.
  • Oxidarea proteinelor , în special a radicalilor liberi, acționează prin oxidarea grupurilor laterale ale aminoacizilor, deteriorând funcția proteinei, promovând formarea de legături încrucișate, cum ar fi legătura disulfură, modificând structura sau plierea acesteia. De asemenea, pot da naștere aminoacizilor modificați (dihidroxifenilalanină, ditirozină ...).
  • Deteriorarea ADN-ului , deoarece radicalii liberi pot provoca mutații sau pot deteriora macroscopic ADN-ul în sine și pot modifica structura chimică a bazelor azotate, formând altele noi, cum ar fi 8-oxiguanină sau 5-hidroximetiluracil. Prin acest tip de daune, acestea sunt o cauză care contribuie la îmbătrânirea celulară și promovează cancerul.

Măsurarea stresului oxidativ

Este posibil să se măsoare atât concentrația substanțelor oxidante (ROS: radicali liberi de oxigen), cât și a celor antioxidanți datorită unui test simplu, din care se obține o valoare numită „indicele de stres oxidativ”.

Stresul oxidativ este definit ca lipsa de echilibru între starea oxidantă (deteriorarea radicalilor liberi) și starea antioxidantă (apărare anti-radicală).

Testul poate fi deosebit de util pentru următoarele categorii de persoane:

  • Adulți sănătoși care doresc să facă un „control” preventiv (familiarizarea cu bolile cardiovasculare, diabetul, dislipidemia, bolile atrotice etc.)
  • Sportivi, pentru a monitoriza eficacitatea metodelor de antrenament, descărcare și recuperare după eforturi sau activități competitive.

În plus, datorită parametrilor de testare, este posibil să se evalueze mai bine acțiunea la nivel celular și posibila reducere a daunelor oxidative în timpul:

  • Dietele
  • Activitate fizica
  • Modificări ale stilului de viață (de exemplu, reducerea sau eliminarea fumatului de țigări ).

Metode de executare

  • Proba este prelevată din sângele capilar (puncția vârfului degetului).
  • Este de preferat să fii odihnit și nu sub stres recent.
  • Este recomandabil să nu fi fumat cu cel puțin o jumătate de oră înainte de test.

Testul se bazează pe relația dintre evaluarea concentrației ROS (TEST FORT) și capacitatea antioxidantă totală (TEST FORD) [11] .

În 2014, a fost brevetat un nou test pentru evaluarea concentrației de ROS, d-ROM-urile rapide, care sunt mult mai rapide decât vechiul test FORT și pot fi efectuate instantaneu cu un timp de citire de 2,5 minute. Capacitatea antioxidantă poate fi evaluată cu noul test PAT, mai precis și mai rapid decât testele similare; de fapt, poate fi efectuat cu doar un minut de citire.

Rezultate

Cu cât este mai mare FORT TEST sau valoarea rapidă a d-ROM-urilor, cu atât este mai mare riscul de deteriorare cauzată de stresul oxidativ. Rezultatul este legat de nivelul de apărare (FORD TEST sau PAT Test): cu cât sunt mai mari apărările, cu atât este mai mic riscul general. În cele din urmă, apărările pot fi stimulate și consolidate / integrate dacă sunt sub nivelurile obișnuite. Desigur, fiecare persoană are propria sa valoare inițială în ceea ce privește acești parametri.

Este recomandabil să efectuați un prim test de control pentru a vă cunoaște parametrii într-un moment în care sunteți „sănătos”. Verificările ulterioare ne vor spune dacă există o îmbunătățire sau o înrăutățire în ceea ce privește stresul oxidativ cu o potențială scădere sau creștere a riscului patologic general. În acest caz, poate fi util să vă adresați medicului dumneavoastră pentru orice verificări diagnostice direcționate.

Notă

  1. ^(EN) Solomons , p. 122
  2. ^(RO) IUPAC Gold Book, „radical (radical liber)”
  3. ^ Paolo Silvestroni, Fundamentals of chemistry , Bologna, Zanichelli , 1996, p. 362, ISBN 978-88-08-08401-9 .
    „22” .
  4. ^ (EN) RT Oakley, tiazene ciclice și heterociclice , în Prog. Inorg. Chem. , vol. 36, 1998, pp. 299-391, DOI : 10.1002 / 9780470166376.ch4 . Adus la 24 decembrie 2010 .
  5. ^ (EN) JM Rawson, AJ Banister și I. Lavender, Chimia inelelor dithiadiazolydinium și dithiadiazolyl , în Adv. Hetero. Chem. , vol. 62, 1995, pp. 137-247, DOI : 10.1016 / S0065-2725 (08) 60422-5 . Adus la 24 decembrie 2010 .
  6. ^ (EN) D. Griller și KU Ingold, radicali persistenți centrati pe carbon , în Acc. Chem. Res., Voi. 9, nr. 1, 1976, pp. 13-19, DOI : 10.1021 / ar50097a003 . Adus la 24 decembrie 2010 .
  7. ^ (EN) Lomnicki S., H. Truong, Vejerano E. și B. Dellinger, model pe bază de oxid de cupru de formare persistentă a radicalilor liberi pe particule derivate din combustie în Environ. Știință tehnologică. , vol. 42, n. 13, 2008, pp. 4982–4988, DOI : 10.1021 / es071708h . Adus la 24 decembrie 2010 .
  8. ^ (EN) A. Phaniendra, Radicali liberi: proprietăți, surse, ținte și implicația lor în diferite boli , în Indian J. Clin. Biochimie. , vol. 30, 2015, pp. 11-26, PMID 25646037 .
  9. ^ (EN) W. Dröge, Radicalii liberi în controlul fiziologic al funcției celulare , în Physiol. Rev., voi. 82, 2002, pp. 47-95, PMID 11773609 .
  10. ^ (EN) A. Weidinger, Activități biologice ale speciilor reactive de oxigen și azot: stres oxidativ versus transducție de semnal , în Biomolecule, vol. 5, 2015, pp. 472-484, PMID 25884116 .
  11. ^(EN) FORT și FORD: două teste simple și rapide în ... [Metabolism. 2009] - Rezultat PubMed

Bibliografie

  • Muller, FL, Lustgarten, MS, Jang, Y., Richardson, A., Van Remmen, H., Tendințe în teoriile îmbătrânirii oxidative , Radicul liber. Biol. Med. 43 , 477-503 (2007)
  • TW Graham Solomons, Organic Chemistry , editat de G. Ortaggi, D. Misti, ediția a II-a, Zanichelli, 1988, ISBN 88-08-09414-6 .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 21664 · LCCN (RO) sh85110378 · GND (DE) 4076475-8 · BNF (FR) cb12098524m (data)
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Radicale_libero&oldid=121737250 ”