La catastrofe dell'ossigeno e i radicali liberi

Alle origini della vita, miliardi di anni fa, i primi microorganismi si arrangiavano, nutrendosi di quello che trovavano: un po' di zuccheri, qualche acido, cose che si erano formate nei primi caotici anni della Terra. Ma era poca roba, e la rapida crescita demografica portò ben presto i batteri a mangiarsi quasi tutte le limitate risorse del pianeta. La vita, ancora così giovane, rischiava già di morire.
Iniziarono allora interminabili discussioni sulle possibili vie di uscita dalla crisi. Ci fu chi propose di limitare l'uso degli zuccheri tagliando sui consumi energetici, e chi si mise mangiare molecole inerti e poco nutritive, che davano tanta energia quanto le pietre, e altrettanti problemi di stomaco.

Qualcuno parlò invece della necessità di uno sviluppo sostenibile e lanciò la folle idea di produrre cibo dall'unica cosa che sembrava non mancare mai: la luce del sole. Sembrava un'idea irrealizzabile e invece poco a poco, grazie agli sforzi combinati di due razze illuminate di batteri, i batteri verdi e i batteri viola, venne messo a punto un complicatissimo processo chimico-industriale che permetteva di sfruttare l'energia solare per produrre nutrimento: era nata la fotosintesi.

Oltre che della luce del sole, la fotosintesi aveva bisogno di due soli ingredienti: l'acqua (che non era difficile da trovare, visto che si viveva tutti negli oceani) e la CO2, che a quei tempi era particolarmente abbondante - fortunatamente, visto che il sole era ancora piuttosto fiacco e l'effetto serra era più che benvenuto. La fotosintesi sembrava dunque la soluzione ideale di tutti i mali. C'era solo un piccolo problema: l'unico prodotto di scarto, l'ossigeno, era tossico.

Per quanto questo possa sembrare strano, l'ossigeno è una molecola piuttosto aggressiva e ha sempre avuto la brutta abitudine di molestare ogni altra molecola che gli capitasse sottomano. E' un atteggiamento, questo, così legato alla sua natura che è stato coniato un verbo specifico per descriverlo: ossidare, utilizzato in maniera dispregiativa dalle altre molecole, in frasi come: "ma lo sai che sei veramente ossidante?" o "ma la smetti di ossidarmi i ...?".

"Ehi tu, dovresti proprio venire a questo party in piscina. Ci sono due idrogeni per ogni ossigeno là fuori!" (Dietro queste innocue apparenze potrebbe nascondersi la violenza tipica di ogni molecola di ossigeno)

Quando si cominciò a fare la fotosintesi, le prime tonnellate di ossigeno prodotto andarono ad attaccare briga con la preda più facile, il ferro disciolto negli oceani. Questo, nel giro di poco tempo, fu completamente ossidato, cioè trasformato in ruggine. Se ne depositò talmente tanta sul fondale marino che ancora oggi quando si scava se ne trova a tonnellate.
 

Poi però il ferro finì e l'ossigeno si ritrovò a vagare libero e senza controllo per l'atmosfera. Una parte di questo si rese utile fondando lo strato di ozono (che è fatto di ossigeno) che è sopravvissuto tra alti e bassi fino ai giorni nostri. Ma la maggior parte continuò a fare disastri.

Miliardi e miliardi di batteri anaerobi, nati e cresciuti in un mondo senza ossigeno, e per i quali questo era tossico, morirono senza colpe, in quella che passò alla storia come la Catastrofe dell'Ossigeno. E per che cosa morirono? Perché emergesse una nuova razza di batteri che non solo tolleravano l'ossigeno, ma ne avevano bisogno per sopravvivere: nascevano i batteri aerobi, che utilizzano l'ossigeno per digerire il loro cibo.

Alcuni di questi batteri furono poi reclutati dalle antenate delle nostre cellule per occuparsi della produzione di energia, e vivono e lavorano tuttora dentro ogni cellula del nostro corpo, sotto il nome di mitocondri. Le piante fecero invece una scelta diversa e assunsero per lo stesso incarico i batteri che facevano la fotosintesi (e quindi producevano ossigeno più che consumarlo). Così vennero a crearsi i ruoli che sopravvivono ancora oggi: le piante producono ossigeno e consumano CO₂; gli altri producono CO₂ e consumano ossigeno.

Il ciclo dell'ossigeno

Il nostro mondo basato sull'ossigeno soffre però ancora del suo peccato originale: l'ossigeno logora chi ne fa uso. Durante la produzione di energia nei mitocondri, l'ossigeno si combina con alcune sostanze di dubbia reputazione, formando una gang di molecole chiamate radicali liberi. I radicali liberi girano in branco e hanno un comportamento ancora più aggressivo di quello dell'ossigeno, tanto che per il nostro corpo sono dei pericolosi criminali da eliminare a ogni costo. Ma la loro aggressività ha radici profonde, che pescano nel loro difficile ambiente psico-sociale.

Tutte le molecole che si rispettino hanno un nugolo di minuscole particelle che girano loro continuamente attorno, come moscerini attorno a un lampione: queste particelle si chiamano elettroni.
Gli elettroni girano sempre in coppie, di quelle coppie ossessive abituate a non separarsi mai, e rifuggono la solitudine più della morte. Nei radicali liberi però, uno degli elettroni rompe questo soffocante legame, lasciando il suo partner spaiato, cioè single.

Ogni volta che succede qualcosa del genere, agli elettroni diventati solitari va di volta il cervello. Sembra infatti che ronzino attorno alle loro molecole (cioè ai radicali liberi), ripetendo ossessivamente insensati farfugliamenti del tipo: misentosolo-nessunomipensa-hobisognodiqualcunodaamare...

Il povero radicale libero, sotto la morsa continua di questa follia, finisce lui stesso per impazzire. L'elettrone spaiato preme perché gli si trovi un altro elettrone da amare, anche a costo di strapparlo ad un'altra molecola. Di conseguenza, quando ne passa una nelle vicinanze, il radicale libero la attacca con il sangue agli occhi, rubandole un elettrone; ricostituita la coppia, si libera finalmente dall'incubo e smette di fatto di essere un radicale libero, visto che non ha più elettroni spaiati.

"Beh, allora vieni qui spesso?", "Si, sono un elettrone solitario"

Ma il problema è solo passato in altre mani. La molecola cui è stato scippato un elettrone se ne ritrova adesso uno spaiato, diventa un radicale libero e inizia a sua volta a cercare una vittima. La catena di scippi di elettroni che si viene a creare danneggia le molecole coinvolte in maniera spesso irreversibile. Anche DNA, proteine e grassi vengono attaccati e danneggiati dai radicali liberi, con conseguenze per le cellule potenzialmente gravi.

La catena di furti di elettroni può fermarsi in due modi. Se due radicali liberi si scontrano l'uno con l'altro, si annullano a vicenda, perché uno ricostruisce la sua coppia di elettroni e l'altro si libera (senza rimorsi) del suo elettrone spaiato.

Oppure può succedere che il radicale libero si schianti contro una sostanza antiossidante. Gli antiossidanti sono molecole che, pur scippate di un elettrone e quindi tecnicamente dei radicali liberi, non attaccano le altre molecole, spezzando di fatto la catena di aggressioni.

La vitamina C, per esempio, riesce a sopportare il suo elettrone spaiato con calma olimpica, anche perché gli permette di andare a trovare a turno tutti gli altri elettroni, rendendogli così meno pesante la solitudine. Molte altre sostanze possono fungere da antiossidanti (vitamina A, vitamina E, beta-carotene, melanina, etc.), e le cellule hanno anche delle proteine specializzate che combattono a tempo pieno i radicali liberi, disinnescandoli.

Ma è una guerra persa in partenza. Di radicali se ne producono in continuazione, un po' per errore e un po' perché il sistema immunitario le usa come armi chimiche contro i batteri (anche noi usiamo un radicale libero, l'acqua ossigenata, come disinfettante). Molti dei radicali non vengono fermati in tempo e a poco a poco ci danneggiano, ci sfiancano, ci invecchiano.

Anno dopo anno, come il cancello di ferro di una villetta al mare si arrugginisce, comincia a cigolare, a muoversi con difficoltà finché un giorno rimane bloccato, così noi ci ossidiamo: le pareti delle arterie si induriscono, il cuore si indebolisce, la pelle e il grasso si inflaccidiscono, i neuroni si insabbiano e un giorno, dopo miliardi e miliardi di piccoli continui attacchi al nostro grande organismo, l'ossigeno ci sconfigge, uccidendoci.

Capirete adesso perché si fa un gran parlare di antiossidanti.

La convinzione che i radicali liberi siano la causa dell'invecchiamento è vecchia e autorevole, ma negli ultimi anni ha cominciato a vacillare.
Per esempio, si è scoperto che anche se si eliminano nei topi le proteine che bloccano i radicali liberi, la durata della loro vita rimane normale. E anche il ruolo degli antiossidanti è piuttosto misterioso. Per esempio, è convinzione comune che proteggano dal cancro, e infatti un'alimentazione basata su alimenti ricchi di antiossidanti è associata con un minor rischio di sviluppare tumori.

Eppure l'ingestione di dosi quotidiane più o meno alte di vitamine E, A e di beta-carotene non solo non protegge dal cancro, ma addirittura in alcuni casi ne aumenta il rischio; la stessa vitamina C sembra non avere alcun effetto protettivo. Potrebbe esserci qualche piccola differenza tra le vitamine vendute (sintetiche) e quelle contenute naturalmente negli alimenti, oppure potrebbe essere una differenza di dosi. Chi lo sa? Il mistero è fitto.

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Fonti e Approfondimenti
articoli scientifici

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The Evolution of Electron-Transport Chains da Molecular Biology of the Cell