Polifenoli: Struttura e Benefici

Polifenoli: Cosa Sono?

• I polifenoli sono una vasta famiglia di sostanze fitochimiche con più di 8000 molecole, essenziali per la difesa e la crescita delle piante.
• Recenti studi si concentrano sui loro benefici per la salute, esaminando il loro impatto su malattie neurodegenerative e cardiovascolari, diabete, effetti antibatterici, salute dentale, terapie antitumorali, riduzione dello stress ossidativo e rallentamento dell'invecchiamento.

Polifenoli: Struttura

• Il termine polifenoli si riferisce a una varietà di molecole ulteriormente divisibili in sottoclassi basate su origine, funzione biologica o struttura chimica.
• Sono composti con caratteristiche strutturali fenoliche, capaci di legarsi a diversi carboidrati.
• Nelle piante, si trovano prevalentemente legati a zuccheri (glicosidi) e acidi organici.
• Tra questi, si annoverano molecole semplici come gli acidi fenolici e strutture complesse come le proantocianidine o i tannini condensati, molecole altamente polimerizzate.

Polifenoli: Classificazione

• I composti fitochimici sono un insieme disomogeneo, con caratteristiche comuni:
  • Sono tipici del regno vegetale.
  • Generalmente hanno un basso peso molecolare.
  • Non sono sintetizzati dall'uomo.
  • Hanno un'azione protettiva sulla salute umana se assunti a livelli significativi.
  • Possiedono meccanismi d'azione complementari e sovrapponibili.
• Possono essere suddivisi in sottoclassi in base al numero di anelli fenolici, agli elementi strutturali che li collegano e ai sostituenti legati agli anelli.
• Si distinguono due gruppi principali: flavonoidi e non flavonoidi.

Flavonoidi

• I flavonoidi hanno una struttura chimica C6-C3-C6, con due anelli fenilici (A e B) uniti da un anello eterociclico 4H-pirano (C).
• Le diverse classi di flavonoidi dipendono da modifiche nel livello di ossidazione, numero e 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; costituiscono un ampio sottogruppo dei polifenoli naturali.
• I flavonoli sono i più presenti in frutta e verdura.
• La quercetina, un flavanolo, è studiata per le sue proprietà biologiche e utilizzata nel trattamento di patologie per le sue proprietà antiossidanti.

Isoflavonoidi e Neoflavonoidi

• A differenza di altri flavonoidi, non derivano dalla struttura del 2-fenill-1,4-benzopyrone, ma rispettivamente dal 3-fenilcromone e dalla 4-fenilcumarina.
• Gli isoflavonoidi sono abbondanti nei legumi e, per la loro somiglianza con gli estrogeni, sono chiamati 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, si distinguono catechine (configurazione trans) ed epicatechine (configurazione cis).
• Esistono quattro diastereoisomeri: (+)-catechina, (-)-catechina, (+)-epicatechina, ed (-)-epicatechina.
• Il tè verde è particolarmente ricco di flavanoli.

Antocianidine

• Le antocianidine sono molecole cationiche, spesso presenti come glicosidi (antocianine).
• Sono tra i pigmenti naturali più importanti e il loro colore è influenzato dal pH: variano dal rosso in ambiente acido, al viola-blu a pH intermedio, fino al giallo in ambiente alcalino.
• Sono responsabili della variazione di colore nel vino rosso.

Acidi Fenolici

• La struttura chimica di base consiste in un anello benzenico legato a un gruppo carbossilico o a una catena di tre atomi di carbonio, distinguendosi in acidi benzoici e idrossicinnamici.
• Bevande come caffè e tè verde contengono quantità rilevanti di acidi fenolici; il caffè è ricco di acido caffeico, mentre nel tè (sia verde che nero) è presente acido gallico, sia come aglicone che in forma di molecole gallate concentrate.

Stilbeni

• Gli stilbeni sono molecole fenoliche con struttura 1,2-difeniletilene, derivate dal metabolismo del fenilpropanoide.
• Funzionano come fitoalessine, proteggendo le piante da attacchi esterni ed eliminando composti tossici.
• La loro presenza nell'uva e nel vino li rende componenti della dieta mediterranea, nonostante si trovino in poche piante commestibili.

Lignani

• I lignani sono formati da dimeri di fenilpropano, uniti da un legame C-C tra gli atomi centrali della catena.
• Presenti in varie piante, soprattutto nei semi di sesamo e lino, agiscono come fitoestrogeni, modulando l'azione ormonale in modo simile agli estrogeni non steroidei.

Biosintesi

• I polifenoli derivano principalmente da due vie metaboliche: quella dell'acido shikimico e quella dei poliacetati.
• La via dell'acido shikimico produce fenilpropanoidi convertendo precursori derivati dalla glicolisi in aminoacidi aromatici (es. fenilalanina); i prodotti di questo meccanismo sono precursori della via dei poliacetati, che porta alla condensazione di un secondo anello aromatico.
• I flavonoidi derivano da questa via metabolica.

Fonti Naturali

• I composti fenolici si trovano 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) contengono il maggior ammontare di molecole polifenoliche per 100g di prodotto.

Polifenoli e Dieta

• L'assunzione di molecole polifenoliche avviene quasi esclusivamente tramite l'alimentazione.
• La dieta dell'Asia orientale e la dieta mediterranea hanno un ruolo importante per l'assunzione di polifenoli.
• Le popolazioni asiatiche consumano prodotti a base di soia e legumi ricchi di fitoestrogeni.
• Alcuni studi collegano l'assunzione di questi prodotti alla riduzione del rischio di carcinoma mammario.
• La dieta mediterranea, ricca di frutta, verdura, olio d'oliva e con moderato consumo di vino, è associata a una ridotta incidenza di patologie degenerative e cardiovascolari, grazie all'assunzione di molecole antiossidanti.

Polifenoli e Salute

• Gli effetti positivi dei polifenoli sulla salute suscitano interesse nella comunità scientifica, con un aumento significativo delle ricerche sull'argomento negli ultimi dieci anni (PubMed).
• Le proprietà biologiche dei polifenoli sono influenzate dal loro ruolo nelle reazioni di ossidoriduzione; la loro azione antiossidante protegge da malattie cardiovascolari e neurodegenerative.

Polifenoli e Stress Ossidativo

• Lo stress ossidativo è la base di molte patologie che deteriorano la salute.
• I ROS (specie reattive dell'ossigeno) sono molecole ossidanti prodotte fisiologicamente, ma possono danneggiare le cellule reagendo e ossidando le membrane cellulari di acidi grassi polinsaturi, causando invecchiamento e danneggiando il DNA, inducendo l'apoptosi.
• I polifenoli sono antiossidanti naturali che agiscono come riducenti in reazioni con specie ossidanti; la loro attività riducente dipende dalla struttura chimica, stabilizzando i radicali e bloccando la propagazione radicalica.
• Le due principali meccaniche ipotizzate sono: il trasferimento di un atomo di idrogeno e il trasferimento di un singolo elettrone.
• I polifenoli inibiscono o rallentano la produzione di ROS tramite l'inibizione di enzimi (es. la xantina ossidasi) o tramite la chelazione di ioni metallici.

Polifenoli e Microbiologia

• L'azione antimicrobica può essere diretta contro agenti patogeni o agire tramite inibizione di fattori virulenti.
• L'effetto antibatterico diretto si verifica quando i polifenoli interagiscono direttamente con le cellule batteriche danneggiandole: ad esempio, la quercetina può inibire l'attività dell'enzima DNA girasi del batterio E. coli.
• In generale, i polifenoli sono più efficaci contro i batteri Gram-positivi rispetto ai Gram-negativi, a causa della barriera lipopolisaccaride.
• L'effetto antibatterico può derivare dall'interazione tra le cariche negative dei polifenoli e la carica positiva della membrana lipidica dei batteri Gram-positivi.
• Le catechine del tè verde prevengono in vitro l'adesione dello S. mutans, responsabile della formazione delle carie, denaturando i ligandi proteici e agendo da agenti battericidi.

Polifenoli e Tessuto Osseo

• Đudarić et al. hanno identificato cinque meccanismi tramite i quali i polifenoli proteggono la salute delle ossa:
  • Azione antiossidante.
  • Azione anti-infiammatoria.
  • Promozione dell'osteoblastogenesi.
  • Riduzione del differenziamento degli osteoclasti agendo sulle ROS.
  • Azione osteoimmunologica.
• I polifenoli modulano la risposta infiammatoria, limitando l'espressione di RANKL, mentre lignani e isoflavonoidi stimolano la produzione di OPG, imitando l'azione degli estrogeni.
• I flavonoidi inibiscono la proliferazione delle cellule staminali mesenchimali, inducendo il differenziamento in osteoblasti.
• L'uso di polifenoli estratti da foglie di tè verde in modelli murini riduce il deterioramento della micro-architettura ossea, migliorandone l'integrità.

Polifenoli e Patologie Cardiovascolari

• L'impatto positivo sulla prevenzione delle patologie cardiovascolari (CVD) è legato all'azione dei polifenoli su fattori di rischio come pressione sanguigna, aggregazione piastrinica, condizioni della parete endoteliale e reazioni con i lipidi.
• Un ruolo principale è rappresentato dall'azione anti-infiammatoria e antiossidante, sia per eventi acuti che di regolazione cellulare.
• Quercetina e resveratrolo inibiscono le molecole proinfiammatorie come TNFa e IL-6, limitando l'azione infiammatoria tra pareti endoteliali, monociti e linfociti T.
• Flavonoidi e altri polifenoli estratti dall'uva sono in grado di inibire l'ossidazione del colesterolo LDL, il che previene l'aterosclerosi attraverso l'alterazione delle funzioni endoteliali.
• L'effetto protettivo è attribuibile all'attività antiossidante, alla sovraregolazione di enzimi antiossidanti cellulari (superossido dismutasi e catalasi), e al mantenimento di alti livelli di glutatione.
• Agiscono sull'espressione dell'ossido nitrico sintasi endoteliale (eNOS), che rilascia monossido di azoto (NO), favorendo la vasodilatazione e inibendo l'adesione e l'aggregazione piastrinica.

Polifenoli e Patologie Neurodegenerative

• Malattie neurodegenerative come Alzheimer e Parkinson condividono meccanismi molecolari comuni.
• I polifenoli hanno proprietà che li rendono strumenti utili per la prevenzione dei meccanismi molecolari alla base dello sviluppo di queste malattie.
• Il potenziale antiossidante dei polifenoli regola la concentrazione delle ROS, limitando danni ossidativi a proteine, lipidi e acidi nucleici.
• Modulano l'attività MAPK/ERK nelle cellule neurali, stimolando la produzione di neurotrofina essenziale per la plasticità sinaptica.
• Attivano il fattore HIF-1α, che protegge la cellula durante l'ipossia e influenza angiogenesi, glicolisi e metabolismo del ferro.

Polifenoli e Effetto Antitumorale

• I polifenoli hanno diversi meccanismi antitumorali:
  • Le 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 tramite meccanismi caspasi-dipendenti e indipendenti, rilasciando il citocromo c e il fattore di induzione apoptotica dai mitocondri.