Introduzione ai Polifenoli

Introduzione ai Polifenoli

• I polifenoli sono una vasta famiglia di sostanze fitochimiche con più di 8000 molecole.
• Svolgono un ruolo cruciale nella difesa e nella crescita delle piante.
• Studi recenti si concentrano sui benefici per la salute umana.
• Le attività biologiche investigate includono malattie neurodegenerative, cardiovascolari, diabete, effetti antibatterici, salute dentale, terapie antitumorali, riduzione dello stress ossidativo e rallentamento dell'invecchiamento.

Struttura dei Polifenoli

• I polifenoli sono un'ampia varietà di molecole classificabili in sottoclassi in base a origine, funzione biologica o struttura chimica.
• Chimicamente, presentano caratteristiche strutturali fenoliche e possono associarsi a carboidrati.
• Nelle piante, la maggior parte si trova legata a zuccheri come glicosidi e ad acidi organici.
• Tra i polifenoli si trovano molecole semplici come gli acidi fenolici, o strutture complesse come le proantocianidine o i tannini condensati.

Classificazione dei Polifenoli

• I composti fitochimici sono un insieme disomogeneo ma condividono queste caratteristiche:
  • Sono peculiari del regno vegetale.
  • Sono sostanze organiche a basso peso molecolare.
  • Non sono sintetizzati dall'uomo.
  • Hanno azione spesso protettiva sulla salute umana a livelli significativi.
  • Presentano meccanismi d'azione complementari e sovrapponibili.
• Possono essere suddivisi in sottoclassi in base al numero di anelli fenolici, agli elementi strutturali che li legano e ai sostituenti.
• Due grandi gruppi: flavonoidi e non flavonoidi.

Flavonoidi

• I flavonoidi possiedono una struttura chimica C6-C3-C6, con due anelli fenilici (A e B) uniti da un anello eterociclico 4H-pirano (C).
• Le diverse classi sono legate a modifiche del livello di ossidazione, del numero e della posizione dei sostituenti.

Flavoni, Flavonoli, Flavanonoli e Flavanoni

• Sono caratterizzati dal gruppo carbonile in posizione C4 e dal collegamento tra l'anello B e l'anello eterociclico C in posizione C2.
• Flavoni, flavonoli, flavanonoli e flavanoni sono un ampio sottogruppo dei polifenoli naturali.
• I flavonoli sono le molecole maggiormente presenti in frutta e verdura.
• La quercetina, tra i flavanoli, è studiata per le sue proprietà biologiche e usata nel trattamento di patologie per le sue proprietà antiossidanti.

Isoflavonoidi e Neoflavonoidi

• A differenza degli altri flavonoidi, gli iso/neoflavonoidi derivano dal 3-fenilcromone e dalla 4-fenilcumarina, invece che dal 2-fenill-1,4-benzopyrone.
• Gli isoflavonoidi sono abbondanti nei legumi e agiscono come fitoestrogeni.

Flavanoli

• I flavanoli (o flavan-3oli) differiscono dagli altri flavonoidi per l'assenza del carbonile C4 e per il doppio legame C2-C3.
• A seconda della configurazione del gruppo OH in posizione C3 e dell'anello benzenico B in C2, i flavanoli sono definiti catechine (trans) o epicatechine (cis).
• Esistono quattro diastereoisomeri: (+)-catechina, (-)-catechina, (+)-epicatechina, (-)-epicatechina.
• Il tè verde è ricco di flavanoli.

Antocianidine

• Le antocianidine sono molecole cationiche presenti spesso come glicosidi (antocianine).
• Sono pigmenti naturali importanti, con colore influenzato dal pH: rosso in ambiente acido, viola-blu a pH intermedio, giallo in ambiente alcalino.
• Sono responsabili della variazione di colore nel vino rosso.

Acidi Fenolici

• La struttura base è un anello benzenico con un gruppo carbossilico o una catena di tre atomi di carbonio, distinti in acidi benzoici e idrossicinnamici.
• Caffè e tè verde contengono concentrazioni significative di acidi fenolici, soprattutto acido caffeico nel caffè.
• Il tè (verde e nero) contiene acido gallico, sia come aglicone che in molecole gallate.

Stilbeni

• Gli stilbeni sono molecole fenoliche con struttura 1,2-difeniletilene, derivate dal fenilpropanoide.
• Funzionano come fitoalessine, proteggendo le piante da attacchi esterni e producendo enzimi extracellulari.
• Presenti in quantità limitate in piante commestibili, sono rilevanti nella dieta mediterranea grazie alla loro presenza nell'uva e nel vino.

Lignani

• I lignani sono dimeri di fenilpropano uniti da un legame C-C tra gli atomi centrali.
• Presenti in molte piante, soprattutto nei semi di sesamo e lino.
• Agiscono come fitoestrogeni, cioè estrogeni non steroidei, modulando l'azione ormonale.

Biosintesi dei Polifenoli

• Derivano principalmente da due vie metaboliche: acido shikimico e poliacetati.
• L'acido shikimico permette di ottenere fenilpropanoidi, come gli acidi idrossicinnamici, convertendo precursori derivati dalla glicolisi in amminoacidi aromatici, tra cui la fenilalanina.
• I prodotti del meccanismo metabolico sono i precursori della via dei poliacetati, che induce la condensazione di un secondo anello aromatico sulla molecola.
• I flavonoidi derivano da questa via metabolica.

Fonti Naturali dei Polifenoli

• Trovati in alimenti di origine vegetale: frutta, verdura, cereali, legumi, cioccolato, vino, tè e caffè.
• Le spezie ed erbe aromatiche (chiodi di garofano, menta piperita, anice stellato) hanno il maggior contenuto di molecole polifenoliche per 100g di prodotto.

Polifenoli e Dieta

• L'assunzione di polifenoli avviene quasi esclusivamente tramite la dieta.
• La dieta dell'Asia orientale e la dieta mediterranea sono importanti per l'assunzione di polifenoli.
• Le popolazioni asiatiche consumano molti cibi a base di soia ed altri legumi ricchi di fitoestrogeni.
• Studi osservano una correlazione tra l'assunzione di tali prodotti e la riduzione del rischio di carcinoma mammario.
• La dieta mediterranea si basa sull'abbondante consumo di frutta e verdura, olio d'oliva e moderata assunzione di vino.
• Nelle popolazioni mediterranee, l'incidenza di patologie degenerative e cardiovascolari risulta ridotta grazie all'assunzione di molecole antiossidanti.

Polifenoli e Salute

• Gli effetti positivi sulla salute suscitano interesse nella comunità scientifica.
• Dati PubMed mostrano un aumento significativo delle ricerche sull'argomento negli ultimi dieci anni.
• Le proprietà biologiche dei polifenoli derivano principalmente dal loro ruolo nelle reazioni di ossidoriduzione.
• L'azione antiossidante è protettiva per malattie cardiovascolari e neurodegenerative.

Polifenoli e Stress Ossidativo

• Lo stress ossidativo è alla base di diverse patologie.
• I ROS (specie reattive dell'ossigeno) sono le principali molecole ossidanti, prodotte fisiologicamente ma dannose in certi casi.
• I ROS reagiscono ossidando le membrane cellulari di acidi grassi polinsaturi, causando invecchiamento cellulare e danneggiando il DNA (apoptosi).
• I polifenoli agiscono come antiossidanti naturali riducendo le specie ossidanti.
• L'attività antiossidante dipende dalla struttura chimica: gli elettroni delocalizzati sull'anello aromatico stabilizzano i radicali PhO per risonanza, bloccando la propagazione radicalica.
• Due meccanismi ipotizzati: trasferimento di un atomo di idrogeno e trasferimento di un singolo elettrone.
• Riduzione dello stress ossidativo.
• Azione inibitoria di enzimi come la xantina ossidasi, o la chelazione di ioni metallici che potrebbero agire come iniziatori di una catena radicalica.

Polifenoli e Microbiologia

• L'azione antimicrobica dei polifenoli può essere diretta contro agenti patogeni o per inibizione di fattori virulenti.
• L'effetto antibatterico diretto si verifica quando le molecole interagiscono e danneggiano le cellule batteriche: ad esempio, la quercetina inibisce l’enzima DNA girasi del batterio E.coli.
• I polifenoli sono più efficaci contro batteri Gram-positivi rispetto ai Gram-negativi a causa della barriera lipopolisaccaridica.
• L'effetto antibatterico è dato dall'interazione tra le cariche negative dei polifenoli e la carica positiva della membrana lipidica dei Gram-positivi.
• Le catechine estratte dal tè verde in vitro prevengono l'adesione di S. mutans, un batterio responsabile della formazione della carie.

Polifenoli e Tessuto Osseo

• Đudarić et al. hanno identificato cinque meccanismi con cui i polifenoli difendono la salute delle ossa per:
  • Azione antiossidante.
  • Azione anti-infiammatoria (inibizione dell'attività di enzimi pro-infiammatori).
  • Favoriscono l'osteoblastogenesi.
  • Riduzione del differenziamento degli osteoclasti agendo sulle ROS (molecole che promuovono l'attività osteoclastica).
  • Azione osteoimmunologica.
• Il benessere delle ossa dipende dall'equilibrio dell'attività di osteoblasti e osteoclasti.
• Questo equilibrio dipende dal rapporto tra RANKL (che stimola il differenziamento degli osteoclasti) e osteoprotegerina OPG (glicoproteina prodotta dagli osteoblasti).
• L'infiammazione e l'attività ormonale influenzano questo equilibrio.
• I polifenoli modulano la risposta infiammatoria, limitando l'espressione di RANKL.
• Lignani e isoflavonoidi stimolano la produzione di OPG, imitando gli estrogeni.
• I flavonoidi inibiscono la proliferazione delle cellule staminali mesenchimali, differenziandole in osteoblasti.
• L’utilizzo di polifenoli estratti da foglie di tè verde, in modelli murini, permette di ottenere un minor deterioramento della micro-architettura ossea, aumentandone l’integrità.

Polifenoli e Patologie Cardiovascolari

• L'impatto positivo dei polifenoli sulla prevenzione delle patologie cardiovascolari (CVD) è legato alla loro azione su fattori di rischio come pressione sanguigna, aggregazione piastrinica, condizioni della parete endoteliale e reazioni con i lipidi.
• L'azione anti-infiammatoria ha un ruolo principale, sia per eventi acuti che cronici.
• Quercetina e resveratrolo inibiscono molecole proinfiammatorie come TNFα e IL-6, limitando l'infiammazione dovuta all'interazione tra pareti endoteliali, monociti e linfociti T.
• Flavonoidi e altri polifenoli estratti dall'uva inibiscono l'ossidazione del colesterolo LDL, che attraverso l'alterazione delle funzioni endoteliali e l'attivazione piastrinica, promuove l'insorgenza dell'aterosclerosi.
• Questo effetto protettivo è attribuibile sia alla propria attività antiossidante, che alla sovraregolazione di antiossidanti cellulari endogeni, come gli enzimi superossido dismutasi e catalasi.
• L'aumento dei livelli di glutatione serve a proteggere ed agire sull'espressione dell'ossido nitrico sintasi endoteliale (eNOS), un enzima che produce monossido di azoto (NO).

Polifenoli e Patologie Neurodegenerative

• Malattie come l'Alzheimer e il Parkinson hanno eziopatogenesi diverse ma condividono meccanismi molecolari comuni all'origine.
• I polifenoli sono strumenti validi per prevenire i meccanismi molecolari alla base dello sviluppo di queste malattie in quanto:
  • Il potenziale antiossidante dei polifenoli regola la concentrazione delle ROS, limitando i possibili danni causati dall’ossidazione di proteine, lipidi e acidi nucleici.
  • Modulano l'attività MAPK/ERK nelle cellule neurali, stimolando la produzione di neurotrofina.
  • Attivazione del fattore HIF-1α: Questo fattore protegge la cellula durante fasi d'ipossia, modificando l'angiogenesi, la glicolisi e il metabolismo del ferro.

Polifenoli ed Effetto Antitumorale

• I polifenoli presentano diversi meccanismi antitumorali possibili:
  • Grazie alle proprietà antiossidanti riducono il rischio di danni al DNA mediati dalle ROS.
  • Bloccano la fase di tumorogenesi interagendo con fattori pro-mutageni e pro-cancerogeni.
  • Modulano la risposta infiammatoria, limitando l'angiogenesi tumorale.
  • Inducono l'apoptosi nelle cellule tumorali con meccanismi caspasi dipendenti e indipendenti.