Scienza leggera: ossigeno e radicali liberi, non tutto il bene è bene e non tutto il male è male

4
Share on Facebook216Tweet about this on TwitterShare on Google+0Share on LinkedIn0Email this to someone

Un infido nemico s’aggira tra di noi: un gas pericolosissimo ci circonda, danneggia tutto ciò che incontra, s’infila dappertutto, finanche dentro il nostro corpo. Questo malefico gas ha un nome, un nome ben conosciuto, ma che non lascia trasparire la sua tremenda pericolosità. Questo nome è: ossigeno.

L’affermazione è ovviamente iperbolica e provocatoria, perché nulla più dell’ossigeno è essenziale e sinonimo di vita, lo sanno anche i bambini.  Eppure scopriremo di seguito che quanto scritto sopra contiene una buona dose di verità. E vedremo anche come questa storia c’insegni che il rischio, il pericolo, “il male” possano essere gestiti piuttosto che evitati o addirittura utilizzati a nostro favore, trasformandosi – almeno parzialmente – in “bene”. Perché da dove passa il male, passa anche il bene.

o2_molecule_smL’ossigeno si presenta a noi come gas sotto forma di molecola (gruppo di atomi) formata da due atomi di ossigeno legati insieme: la classica formula O2. L’ossigeno è ovunque intorno a noi: ogni 100 molecole dell’aria che ci circonda, ci sono 20 molecole di ossigeno (il resto è quasi esclusivamente azoto).

Il fatto che esista tanto ossigeno nell’aria è un segno della sua stabilità, dove per stabilità intendiamo scarsa inclinazione a mischiarsi (reagire) con altre sostanze trasformandosi in qualcos’altro. Le cose non stanno proprio così: in realtà, l’ossigeno ha un’alta tendenza a reagire, ma per farlo ha spesso bisogno di un po’ di energia iniziale, ossia di una “spintarella” (come spiegato in questo precedente articolo).

E’ ciò che accade nella classica reazione che coinvolge l’ossigeno ossia la combustione: quando bruciamo qualcosa (per esempio il gas metano dei nostri fornelli), facciamo reagire “questo qualcosa” con l’ossigeno dell’aria, ma perché ciò accada abbiamo bisogno di una scintilla, una fiamma, un innesco. Bruciare qualcosa significa quindi farlo reagire con l’ossigeno e significa anche “distruggere” o comunque trasformare sensibilmente questo qualcosa. Ecco quindi il primo indizio della “pericolosità” dell’ossigeno: reagisce con un pezzo di legno e quel pezzo di legno non c’è più!

Lo reazione di combustione del metano. Nella respirazione cellulare, al posto del metano, sono "bruciati" composti contenuti nel cibo costituiti da carbonio, ossigeno e idrogeno, come ad esempio il glucosio (C6H12O6)

Lo reazione di combustione del metano. Nella respirazione cellulare, al posto del metano, sono “bruciati” composti contenuti nel cibo costituiti da carbonio, ossigeno e idrogeno, come ad esempio il glucosio (C6H12O6)

La respirazione (intesa come la trasformazione del cibo ingerito in energia) è una combustione controllata. Infatti sia respirazione che combustione sono processi che trasformano ossigeno e molecole contenenti carbonio e idrogeno (esempio: metano, zuccheri e grassi) in anidride carbonica e acqua (non a caso di parla di “bruciare zuccheri” o “bruciare grassi”). L’aggettivo fondamentale è “controllata”: dal momento che la respirazione/combustione avviene dentro di noi (nelle cellule) non possiamo permetterci di “bruciarci” e quindi introduciamo ossigeno e lo trasportiamo fino alle cellule con molta cautela, grazie all’emoglobina che lo cattura nei polmoni e lo rilascia in maniera limitata e regolata perché sia utilizzato dalla cellule. In altre parole, ossigeno sì, ma con attenzione. Tanto è vero che anche la nostra pelle può essere vista come una maniera per proteggere il nostro corpo dal contatto indiscriminato tra l’ossigeno e le parti più delicate del nostro organismo.

Un’altra parola di uso comune ci testimonia dei pericoli dell’ossigeno: ossidazione. Quando diciamo che qualcosa si ossida, intendiamo che si danneggia, si rovina, si corrode, si arrugginisce. Cerchiamo di capire in breve cosa significa tutto questo. Molta della chimica è spiegabile dalla tendenza con cui i nuclei dei vari atomi (particelle cariche positivamente) attraggono a sé gli elettroni (particelle cariche negativamente), sia quelli che già gli appartengono sia quelli di altri atomi o molecole. L’ossigeno ha un’altissima capacità di attrarre elettroni, al punto che riesce anche a rubarli alle molecole con cui viene a contatto.

I legami idrogeno-ossigeno nella molecola di acqua si formano per condivisione di una coppia di elettroni (indicate dalle frecce). per formare queste due coppie condivise, ogni idrogeno utilizza il suo unico elettrone, l’ossigeno due dei suoi otto.

I legami idrogeno-ossigeno nella molecola di acqua si formano per condivisione di una coppia di elettroni (indicate dalle frecce).
per formare queste due coppie condivise, ogni idrogeno utilizza il suo unico elettrone, l’ossigeno due dei suoi otto.

L’ossidazione altro non è se non un “furto” di elettroni, che si chiama così proprio perché è un processo che spesso avviene per opera dell’ossigeno. Siccome gli atomi nelle molecole sono tenuti insieme dagli elettroni che essi condividono (un legame chimico tra due atomi si ottiene comunemente quando ognuno di essi condivide con l’altro un elettrone, vedasi figura), quando l’ossigeno ruba elettroni al legame chimico di un’altra molecola (la ossida), rompe questo legame e “scassa” la molecola, trasformandola in qualcos’altro. In particolare, siccome i legami sono formati dagli elettroni e siccome l’ossigeno li attira a sé, i nuovi legami coinvolgono l’ossigeno che è come se s’infilasse dentro la molecola originaria, facendola a pezzi e poi attaccandosi ai pezzi stessi!

Anche la combustione è un’ossidazione (vedasi figura di sopra): 2 molecole d’ossigeno (4 atomi d’ossigeno) ossidano una di metano (CH4), ossia la fanno a pezzi e poi due atomi di ossigeno si legano ad un pezzo (l’atomo di carbonio) e altri due ad un altro pezzo (i quattro atomi di idrogeno): CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O. E’ quindi evidente perché l’ossidazione è “pericolosa”: perché spesso conduce alla distruzione o comunque alla trasformazione della sostanza che è ossidata (ossia a cui sono stati “rubati” elettroni).

A prendersi elettroni altrui non è solo l’ossigeno molecolare (l’O2 che troviamo nell’aria e che “respiriamo”), ma anche altre specie d’ossigeno molto più voraci e pericolose di cui spesso si sente parlare: i famosi radicali liberi. Cos’è un radicale libero? Buona parte dei legami chimici si forma quando un atomo (o una molecola in generale) mette in condivisione con un altro atomo un proprio elettrone in modo da ottenere una coppia di elettroni condivisa. Quando invece, per qualsiasi motivo, una molecola si ritrova ad avere un elettrone spaiato, lì da solo, che non sa con chi stare, quello è un radicale libero. E allora ecco che scatta l’ansia del radicale libero, ossia un’ansia frenetica di trovare un altro elettrone con cui accoppiare quello solitario. I benefici che ne conseguono sono tali che i radicali liberi sono altamente instabili ovvero se vanno in giro, in panico totale, a cercare elettroni in ogni dove, anche e soprattutto dove non dovrebbero, in primis nei legami chimici di altre molecole che se ne stavano tranquille a godersi la vita.

194845265-d5026f57-04e2-46ef-a420-ec9b7fcb3ca7Se insomma l’immagine del legame chimico dove due atomi condividono qualcosa di proprio per stare meglio è bella e seducente, i radicali liberi sono i guastafeste, quelli che mandano tutto all’aria. Sono come persone che non riescono proprio a stare da sole neanche un secondo e arrivano a scassinarti la porta di casa alle tre di notte per venire ad abbracciarti mentre stai dormendo con il/la tuo/a partner nel lettone matrimoniale…Vai poi a spiegare che si tratta di un radicale libero e non di un/’ amante!!! Ovviamente scatta subito la litigata con coltelli tra i denti e la coppia va in crisi. E infatti, è proprio quella che fanno i radicali liberi, soprattutto quelli basati sull’ossigeno avido di elettroni: vanno a prendersi l’elettrone che gli manca nel legame chimico di qualche molecola, distruggendo il legame e danneggiando quindi la molecola.

Ok, ma perché ce ne importa dei radicali liberi? Il fatto è che nessuno è perfetto, neanche le nostre cellule e così, durante il processo di respirazione, ossia durante le reazioni dell’ossigeno con le molecole derivanti dal cibo ingerito, per errore, si producono e filtrano via tantissimi radicali liberi basati sull’ossigeno. Che cosa fanno questi radicali nelle nostre cellule? Siccome con un solo elettrone spaiato non possono proprio stare neanche un attimo, vanno immediatamente in panico e cominciano a rubare elettroni dovunque, danneggiando ogni molecola che incontrano, tra cui anche quelle che non dovrebbero toccare, ossia proteine essenziali, DNA, ecc.…Il problema si complica perché queste molecole ossidate (ossia a cui è stato strappato un elettrone) diventano a loro volta radicali liberi che vanno subito a prendere elettroni altrui, ecc. ecc.: si innescano così devastanti reazione a catena dentro di noi.

I radicali liberi che scappano fuori dalla catena di respirazione sono insomma un grosso problema e sono infatti considerati una delle principali cause dell’invecchiamento e di diverse malattie, tra cui – in particolare – quelle che si presentano in età avanzata. Tra parentesi, anche il fumo, molte sostanze cancerogene e la radioattività sono così deleteri proprio perché generano radicali liberi.

antiossidante_04Noi comunque non è che stiamo lì a pettinare le bambole ed abbiamo nel nostro arsenale diverse armi, soprattutto enzimi e vitamine, in grado di neutralizzare e rendere innocui i radicali liberi. Stiamo parlando dei famosi antiossidanti. Come dice il loro nome, gli antiossidanti sono sostanze che impediscono ai radicali liberi di ossidare (sottrarre elettroni) molecole per noi vitali. Come fanno? Beh, in sostanza si sacrificano, ossia si parano davanti al radicale libero in spasmodica ricerca di un elettrone e gli dicono: “Tranquillo radicale, te lo do io l’elettrone, eccotelo, prendilo da me, ma lascia in pace proteine e DNA, ok?”.

Gli antiossidanti sono, infatti, molecole costituite in modo da poter cedere un elettrone senza per questo volersene riprendere subito un altro: non vanno subito in paranoia e quindi sono in grado di rendere innocui quasi tutti i radicali liberi, dando loro l’elettrone che gli serve e “spegnere” perciò la devastante reazione a catena da essi innescata.

Riassumendo, in pratica lo scenario è il seguente: qualcosa di terribilmente rischioso (l’ossigeno) entra dentro di noi; a questo punto, noi non solo siamo in grado di controllare come si muove questo potenziale pericolo nel nostro corpo (attraverso l’emoglobina e il sistema circolatorio che regola il flusso d’ossigeno) e di difendercene (grazie agli antiossidanti), ma addirittura lo utilizziamo per ricavare l’energia necessaria per sopravvivere!! Esistono creature che fanno di tutto per nascondersi dall’ossigeno ed evitare tutti i rischi che esso comporta; noi invece abbiamo “scelto” di affrontare questo rischio riuscendo a trasformarlo nell’ingrediente più prezioso della nostra stessa vita, senza il quale non potremmo neanche esistere.

OA questo punto, la domanda sorge spontanea: ma se gli antiossidanti funzionano così bene, perché non ne assumiamo a chili? In effetti, sono numerose le pubblicità che ci invitano a comprare prodotti che contengono antiossidanti, soprattutto vitamine. Tuttavia, nonostante sia fuori discussione che mangiare molta frutta e verdura (ricche di antiossidanti) faccia bene, non è certo che integrare la dieta con antiossidanti (ad esempio sotto forma di pillole) abbia lo stesso effetto benefico. Perché, come stiamo scoprendo in questo articolo, anche nella scienza dove invece ci si aspetterebbe che tutto fosse chiaro e definito, non tutto ciò che è male è completamente male e non tutto ciò che è bene necessariamente ci fa bene. Vediamo perché. In situazioni di forte stress ossidativo (ossia quando ci sono in giro molti radicali liberi, creati non solo dagli ordinari difetti della respirazione, ma anche da infezioni o malattie in genere) le nostre cellule rilevano chimicamente la presenza di tutti questi radicali e rispondono dirottando ogni energia per produrre ulteriori e più efficaci difese oltre ai normali antiossidanti, tra cui anche la generazione di un’infiammazione che aiuta a sconfiggere l’infezione. In altre parole la presenza di radicali liberi avverte la cellula che esiste un pericolo e bisogna darsi da fare per respingerlo. La cellula entra in emergenza e tira fuori il suo arsenale sparando a raffica contro l’infezione.

Se noi ingeriamo grosse quantità di antiossidanti, è vero che questi eliminano i radicali liberi, ma così facendo, eliminano anche il segnale che informa la cellula dell’esistenza di una situazione di pericolo. E’ come se prendiamo una storta e ci rompiamo la caviglia. Se ingeriamo un antidolorifico, magari possiamo continuare a camminare e ad andare al lavoro. Ma il dolore ci sta invece avvertendo che dovremmo andare all’ospedale prima possibile per evitare che la frattura si complichi e ci crei ulteriori problemi.

Il libro: "Oxygen: The Molecule that Made the World" di Nick Lane che racconta come l'ossigeno ha 'creato' il mondo così come lo conosciamo, nonché principale riferiemento bibliografico del presente articolo

Il libro: “Oxygen: The Molecule that Made the World” di Nick Lane che racconta come l’ossigeno ha ‘creato’ il mondo così come lo conosciamo, nonché principale riferiemento bibliografico del presente articolo

Insomma, purtroppo l’elisir di lunga vita non è stato ancora trovato. Anche perché non esiste totale chiarezza su come funzioni l’invecchiamento e nemmeno le malattie tipiche dell’età avanzata, come ad esempio l’Alzheimer. Quel che appare assodato è che, con l’avanzare dell’età, il processo di respirazione “si perde” sempre più radicali liberi che vanno a fare sempre più danni in giro. Tuttavia, secondo alcune teorie, illustrate nel libro mostrato nella foto, essi sarebbero l’origine indiretta di queste malattie che sarebbero una eccessiva e cronica reazione del nostro organismo allo stress ossidativo. Spieghiamo. Visto che con l’età ci sono sempre più radicali liberi in giro, le nostre cellule credono – per quanto detto sopra – di essere sempre in una situazione di malattia ed infezione, e quindi generano sempre e continuamente una risposta violenta ed infiammatoria che è ingiustificata (perché la malattia in realtà non esiste) e che, alla lunga però, genera effettivamente la malattia, in particolare le malattie della vecchiaia o comunque contribuisce al loro insorgere.

E’ come la febbre. La febbre è una strategia che mette in atto il nostro organismo per combattere un’infezione (ostacola la replicazione dei microorganismi infettanti). Quando però l’infezione è eliminata, la febbre passa e la normalità si ristabilisce. Se invece la febbre non ci passa mai – perché il nostro organismo crede, erroneamente, di essere sempre “sotto attacco” – alla fine ci ammaliamo davvero. Se una condizione di emergenza si cronicizza, prima o poi, crea problemi, soprattutto se è ingiustificata. Se la cellula spara a raffica per sconfiggere l’infezione, ferisce anche parti del nostro organismo che non dovrebbero essere colpite; se questo è il prezzo da pagare per eliminare un nemico, il danno può essere sopportato. Ma se la cellula spara di continuo (oltretutto anche quando non ce n’è bisogno), prima o poi il danno diventa eccessivo e genera una malattia.

Riassumendo: l’infiammazione (e la conseguente risposta immunitaria) è un meccanismo con cui il nostro organismo si difende quando riceve segnali che lo informano dell’esistenza di un pericolo. I radicali liberi sono questi segnali. Quando però la produzione di questi radicali è eccessiva (perché le nostre cellule non funzionano più benissimo), l’organismo “crede” di essere in pericolo anche quando il pericolo non c’è. E’ come se si attivasse continuamente l’allarme anti-incendio nella camera del nostro hotel e spruzzasse di continuo acqua in ogni dove, anche quando non c’è alcun incendio. La vecchiaia può quindi, in un certo senso, essere definita una malattia auto-immune ossia una infiammazione cronica in risposta ad uno stress ossidativo che si traduce in attacco delle nostre cellule immunitarie a parti del nostro corpo.

E allora come ritardare l’invecchiamento e  le malattie della vecchiaia? Bisogna innanzitutto ridurre la quantità di questi benedetti radicali liberi, la cui produzione è peraltro inevitabile e aumenta con il trascorrere del tempo perché “gli ingranaggi” si danneggiano (in parte proprio a causa dei radicali stessi). E come fare? Non mangiare troppo, perché più si mangia più si producono radicali liberi, non fumare, fare esercizio, non stressarsi eccessivamente, mantenere la mente attiva e – per finire – non esagerare con l’igiene, perché un po’ di infezioni fanno bene al nostro sistema immunitario affinché si tenga in allenamento e non reagisca in maniera sproporzionata, generando malattie, di fronte allo stress ossidativo.

E per finire, radicali o non radicali, chimica o non chimica, sia per quanto riguarda l’ossigeno che le nostre relazioni interpersonali: chiudersi a riccio ed erigere barriere che ci impediscano di essere vulnerabili al “male”, ci impedisce anche di accogliere in noi il bene!

Metti "Mi piace" alla nostra pagina Facebook e ricevi tutti gli aggiornamenti de L'Undici: clicca qui!
Share on Facebook216Tweet about this on TwitterShare on Google+0Share on LinkedIn0Email this to someone

4 commentiCosa ne è stato scritto

  1. Alberto Amati

    In rete circolano voci che mettono in relazione i vaccini e l’autismo: su Focus un importante intervento di Giovanni Corsello, presidente della Società italiana di pediatria,mette in rilievo i rischi del morbillo, che può anche uccidere e chiarisce la falsità delle accuse ai vaccini.

    Rispondi
  2. AeRRe

    Come hai già accennato, l’ambivalenza dell’ossigeno è particolarmente evidente a livello del Sistema Nervoso. Infatti, lo stress ossidativo è implicato nella patogenesi di più malattie, ad esempio di natura neurodegenerativa (l’Alzheimer, ma anche la Sclerosi Laterale Amiotrofica).
    Però, se l’ossigeno manca al cervello (che ha metabolismo aerobico) anche solo per pochi minuti, può far danni (l’ischemia).
    Non contento, se si ripresenta di gran carriera dopo un periodo di ischemia, può peggiorare le condizioni del tessuto già danneggiato (il “danno da riperfusione”), per i meccanismi che hai spiegato tu.
    Non posso che essere d’accordo: sia il diavolo che l’acqua santa non esistono, è tutta una questione di equilibrio. Non solo in chimica.

    Rispondi
  3. Paolo Agnoli

    Articolo davvero interessante. L’esempio della febbre molto istruttivo. Un ulteriore illuminante contributo alla tesi che in nessun campo dell’attività e della ricerca dell’uomo (e tantomeno nella morale e nell’etica, mi permetto di aggiungere) è possibile dividere con l’accetta ciò che è bene da ciò che è male.

    Rispondi

Perché non lasci qualcosa di scritto?