Stigmasterolo

Lo stigmasterolo, unitamente al sitosterolo e campesterolo è uno dei tre steroli vegetali più comuni presenti nelle piante. Tutti questi fitormoni contengono uno scheletro centrale di colesterolo ma possiedono una catena laterale diversa. Il campesterolo ha un gruppo metilico in C24 mentre sitosterolo e stigmasterolo sono dotati di un gruppo etilico in C24.

Lo stigmasterolo la cui formula è C₂₉H₄₈O è un fitosterolo insaturo appartenente alla classe dei triterpeni tetraciclici. È uno degli steroli vegetali più comuni, presente in una varietà di fonti naturali, tra cui grassi vegetali o oli di molte piante.

Il corpo umano non può produrre naturalmente questo fitosterolo; pertanto, è disponibile solo attraverso alimenti e diete come oli vegetali come l’olio di colza, cereali e altre verdure, latte non pastorizzato, semi, piante medicinali, nonché noci e legumi che sono fonti comuni di fitosteroli.

Lo stigmasterolo è impiegato in vari processi di produzione chimica destinati a generare vari componenti semisintetici e sintetici per l’industria farmaceutica. All’interno dell’Unione Europea, è elencato come additivo alimentare con il numero E499, che può essere utilizzato per aumentare i livelli di fitosterolo nella produzione di alimenti, contribuendo così a migliorare i livelli di colesterolo delle lipoproteine ​​a bassa densità (colesterolo LDL)

Struttura del stigmasterolo

Lo stigmasterolo, prodotto da quasi tutte le piante, ma la cui abbondanza relativa può variare tra le specie si presenta sotto forma di polvere bianca, con un caratteristico odore dolce, ed è insolubile in acqua ma solubile in alcoli.

Come tutti gli steroidi lo stigmasterolo ha una struttura ad anello di ciclopentanoperidrofenantrene, detto anche sterano o gonano, idrocarburo tetraciclico composto da un peridrofenantrene con uno degli anelli condensato ad un ciclopentano composto da tre anelli a sei atomi di carbonio indicati con A, B e C insieme a un anello D a cinque atomi di carbonio.

Sulla base della numerazione del ciclopentanoperidrofenantrene lo stigmasterolo ha un gruppo idrossilico nella posizione C-3 dell’anello di ciclopentanoperidrofenantrene.

Presenta un doppio legame carbonio-carbonio tra il carbonio 5 e il carbonio 6 e tra il 22 e il 23. Ha un gruppo metilico in posizione 10, 13 e 25 atomi di carbonio e un gruppo etilico sull’atomo di carbonio 24.  Pertanto lo stigmasterolo è simile al sitosterolo ma differisce da quest’ultimo a causa di un doppio legame trans in posizione C-22 introdotto dalla desaturasi dello sterolo C-22.

Biosintesi

Il percorso biosintetico degli steroli nelle piante è un processo complesso e multifase che inizia dalla fase iniziale della conversione dell’acetato in squalene, il precursore comune di tutti gli steroli e triterpenoidi, tramite la via dell’acido mevalonico in seguito a una serie di reazioni catalizzate da enzimi che portano alla generazione di 2,3-ossidosqualene.

Successivamente, il 2,3-ossidosqualene viene convertito in cicloartenolo dalla cicloartenolo sintasi. Nelle piante, il cicloartenolo è il composto di partenza primario nella biosintesi degli steroli ed è il substrato delle metiltransferasi steroliche SMT.

Esistono due diverse isoforme di enzimi SMT ovveroSMT1 e SMT2 che sono isoforme localizzate nel reticolo endoplasmatico e sono coinvolte nella metilazione primaria e secondaria del C24.  Tra esse la SMT1 che catalizza l’alchilazione del cicloartenolo per produrre precursori per gli steroli vegetali.

Essa trasferisce il primo gruppo metilico alla posizione C-24 del cicloartenolo per produrre 24-metilencicloartenolo. Dopo la la SMT1 gli enzimi ramificanti SMT2 e SMT3 portano alla formazione di sitosterolo e stigmasterolo che è quindi il prodotto finale del percorso di biosintesi del fitosterolo. L’attività dell’enzima SMT2 determina il rapporto tra 24-metil- e 24-etilsteroli.

La metilazione secondaria è l’ultimo passaggio nella biosintesi degli steroli e porta alla formazione di 24-etilsteroli come beta-sitosterolo e stigmasterolo. La conversione del beta-sitosterolo in stigmasterolo è catalizzata dal CYP710A attraverso la formazione di un doppio legame in C22.

La famiglia CYP710 è una delle quattro famiglie P450 che comprende anche CYP51, CYP97 e CYP711. Questo enzima si verifica nelle alghe e nelle piante superiori, suggerendo che la desaturazione del C22 è probabilmente importante per tutti i livelli tassonomici vegetali

Funzioni nelle piante

Lo stigmasterolo è uno dei principali steroli nelle membrane plasmatiche delle cellule vegetali e svolge un ruolo nella proliferazione cellulare e nell’attivazione della ATPasi di pompaggio protonico H⁺ -ATPasi della membrana plasmatica che è  il principale trasportatore di protoni fuori dalla cellula, creando così un gradiente di pH e un gradiente elettrochimico attraverso la membrana plasmatica.

Il beta-sitosterolo e lo stigmasterolo possono essere considerati regolatori della dinamica di membrana che mantengono la membrana in uno stato ottimale per consentire alle cellule di funzionare a temperature sfavorevoli.

Lo stigmasterolo si accumula in varie specie di piante in risposta a fattori di stress abiotici e biotici, ad esempio, a temperature sfavorevoli, siccità, raggi U.V. dannosi per la maggior parte degli organismi viventi, attacco di patogeni e trattamento con sale. La salinità interrompe l’omeostasi ionica, che compromette i processi fisiologici e biochimici, come la fotosintesi, la sintesi proteica e il metabolismo dei lipidi.

Lo stigmasterolo può svolgere ruoli generali nella tolleranza allo stress, sulla base di cambiamenti osservati nel contenuto di stigmasterolo a seguito di infezione da patogeni e ferite. In natura, le piante spesso sperimentano stress da basse o alte temperature. Le piante sperimentano maggiori fluttuazioni di temperatura rispetto agli animali, che possono regolare la loro temperatura corporea o cambiare la loro posizione per evitare temperature sfavorevoli.

Durante l’evoluzione, le piante hanno sviluppato i propri modi di acclimatarsi alle fluttuazioni di temperatura, ed è stato suggerito che ciò possa verificarsi attraverso la regolazione delle quantità di etilsteroli come β -sitosterolo e stigmasterolo interagendo con i glucosil cerebrosidi e quindi aumentando l’adesione della membrana grazie alla formazione di domini di membrana, facilitando così l’adattamento a grandi fluttuazioni di temperatura.

La radiazione ultravioletta è dannosa per la maggior parte degli organismi viventi. Come altri fattori di stress, l’esposizione alla radiazione UV-B, che include la radiazione elettromagnetica con lunghezza d’onda da 280 a 315 nm, aumenta notevolmente i livelli cellulari di ROS e può causare danni ossidativi alle piante.

Le piante rispondono a questo stress inducendo un complesso sistema di difesa antiossidante che coinvolge vari enzimi e metaboliti specializzati, e anche accumulando vari composti che assorbono la radiazione UV. L’esposizione dei tessuti vegetali a aumenta i livelli di β -sitosterolo legato alla membrana, stigmasterolo e lupeolo, che possono migliorare la stabilità della membrana.

Inoltre la presenza di un doppio legame nella catena laterale (C22–23) della molecola di stigmasterolo la rende più flessibile rispetto ad altri fitosteroli con catene laterali sature, come il β -sitosterolo.

Applicazioni dello stigmasterolo in medicina

Lo stigmasterolo è naturalmente ricco in alimenti comuni come banane, cavoli, arachidi, soia, girasoli, mais, alghe ed è stato isolato da varie piante medicinali e sta attirando sempre più attenzione della comunità scientifica a causa delle sue diverse proprietà farmacologiche.

Lo stigmasterolo è impiegato in vari processi di produzione chimica destinati a generare vari componenti semisintetici e sintetici per l’industria farmaceutica e studiato per le sue proprietà antidiabetiche, antiossidanti, anticancro, antinfiammatorie, antivirali, antiparassitarie, anti-osteoartrite, antibatteriche, neuroprotettive e immunomodulatorie.

Per quanto riguarda gli effetti antidiabetici gli studi hanno dimostrato che la somministrazione di stigmasterolo migliora la traslocazione del trasportatore del glucosio di tipo 4 (GLUT4), attivato dall’insulina ed è usato dalle cellule del tessuto adiposo e muscolare per acquisire glucosio dopo i pasti e la resistenza all’insulina, riduce il glucosio a digiuno e induce la rigenerazione delle cellule β.

Si ritiene che lo stigmasterolo e altri fitosteroli abbiano una buona capacità antiossidante che potrebbe essere collegata al gruppo idrossilico presente sulla catena laterale. La sua attività è stata studiata da una fonte vegetale di corteccia di alcune piante, che ha mostrato una diminuzione della perossidazione lipidica epatica e un aumento delle attività di catalasi, superossido dismutasi e glutatione, che inducono a ritenere che abbia una proprietà antiossidante.

Diversi studi hanno riportato inoltre che i prodotti botanici ricchi di stigmasterolo possiedono proprietà antimicotiche. L’osteoartrite (OA), meglio conosciuta come artrosi è un’alterazione degenerativa cronica della cartilagine piuttosto comune che colpisce, con l’avanzare dell’età, molte persone ed è dovuta a squilibrio tra anabolismo e catabolismo della cartilagine.

Questo squilibrio è dovuto alla sovraespressione di mediatori pro-infiammatori che portano alla sintesi di enzimi che degradano la matrice. La sovraespressione di enzimi catabolici da parte di mediatori pro-infiammatori è mediata da una serie di vie di segnalazione pro-infiammatorie. Tra queste, l’attivazione del fattore nucleare-κB (NF-κB), complesso proteico funzionante come fattore di trascrizione che, nella fisiopatologia dell’osteoartrite, gioca un ruolo fondamentale.

Inoltre, sono state dimostrate varie proprietà biologiche e farmaceutiche dello stigmasterolo come proprietà analgesiche, mantenimento dello stato psichiatrico, abbassamento dei livelli di colesterolo nel sangue, miglioramento delle capacità di apprendimento e memoria e protezione contro la Leishmania. In particolare, lo stigmasterolo può svolgere funzioni neuroprotettive nei disturbi del sistema nervoso centrale, come la malattia di Alzheimer, la sclerosi multipla, la sclerosi laterale amiotrofica e la malattia di Parkinson.

Recentemente, è stato segnalato che lo stigmasterolo ha un potenziale antitumorale sia in vivo che in vitro contro diversi tipi di cancro, ad esempio, il cancro ai polmoni, il cancro alla cistifellea, il cancro gastrico e il cancro ovarico.

I meccanismi degli effetti antitumorali dello stigmasterolo si basano, tra le altre proprietà, sulla sua capacità di aumentare la produzione di ROS e i livelli di Ca²⁺ nel citosol e nei mitocondri, causare depolarizzazione mitocondriale, indurre apoptosi, sopprimere la migrazione cellulare e inibire l’attività dei geni dell’angiogenesi nelle cellule tumorali

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