La morte cellulare programmata (Programmed Cell Death – PCD) è un processo attivato in specifiche cellule sia in risposta a stress ambientali che a stimoli sviluppo-dipendenti. Diversi tipi di PCD hanno manifestazioni cellulari alquanto differenziate.
In chimica, con il termine ossidoriduzione o redox (composto dall’inglese reduction, riduzione e oxidation, ossidazione) si descrivono tutte quelle reazioni chimiche in cui cambia il numero di ossidazione degli atomi.
Questo tipo di reazione può variare da un semplice processo redox, come l’ossidazione del carbonio che genera diossido di carbonio o la riduzione del carbonio dall’idrogeno che produce metano (CH4), fino alla più complessa ossidazione degli zuccheri nel corpo umano, attraverso una serie di complicati processi di trasferimenti degli elettroni.
Una reazione redox può essere pensata come lo svolgersi contemporaneo di due distinte “semireazioni”:
- ossidazione: consiste in un aumento del numero di ossidazione di una specie chimica (ad esempio molecola, atomo o ione), in genere accompagnato da una cessione di elettroni da parte della specie ossidata;
- riduzione: consiste in una diminuzione del numero di ossidazione di una specie chimica, in genere accompagnata da un’acquisizione di elettroni da parte della specie ridotta.
Quindi le semireazioni di riduzione e di ossidazione comportano sempre un cambiamento nel numero di ossidazione; in particolare un’ossidazione comporta un incremento del numero di ossidazione, mentre una riduzione comporta una diminuzione del numero di ossidazione.
Non tutte le semireazioni di ossidazione e riduzione comportano invece un trasferimento degli elettroni; un esempio in tal senso sono le reazioni che riguardano i legami covalenti.
Nel caso in cui sia presente un trasferimento di elettroni, le semireazioni di riduzione e ossidazione possono essere rappresentate nel seguente modo:
- Semireazione di riduzione: specie ossidante + ne- → specie ridotta
- Semireazione di ossidazione: specie riducente → specie ossidata + ne-
- essendo n il numero (o le moli) di elettroni scambiati durante la reazione, uguale in entrambe le semireazioni.
- La reazione redox globale può essere quindi rappresentata come:
- specie ossidante + specie riducente → specie ossidata + specie ridotta
Le specie chimiche che sono coinvolte direttamente nel processo di trasferimento di elettroni sono dette specie elettroattive.
La formazione di aerenchimi in radici sottoposte a stress da anossia o di dentellature e buchi nelle foglie di varie specie richiede una PCD che si conclude con lisi cellulare a carico sia del citoplasma che delle pareti cellulari.
La PCD indotta come evento finale del differenziamento dei vasi xilematici, invece, prevede la lisi del citoplasma ma non della parete, e processi litici molto meno importanti si verificano nella PCD indotta nella reazione di ipersensibilità (Hypersensitivity Reaction –HR). Nonostante queste differenze fenotipiche, alcuni eventi biochimici sembrano essere comuni a tutti i tipi di PCD; tra questi è stato evidenziata una sovrapproduzione di specie reattive dell’ossigeno (Reactive Oxygen Specie – ROS).
Nella presente comunicazione verranno presentate le alterazioni dei livelli di ROS e dei sistemi cellulari preposti all’omeostasi dello stato redox cellulare in diversi sistemi sperimentali in cui la PCD è stata indotta mediante l’uso di specie reattive (che simulano la HR indotta da organismi patogeni) e stress abiotici o in cui la PCD rappresenta una tappa fisiologica nello sviluppo.
I risultati ottenutI dal nostro gruppo indicano come i livelli e il tipo di specie reattive prodotte rappresenta un fattore determinante per l’induzione di PCD. Inoltre,specifici cambiamenti dei sistemi responsabili dello stato redox cellulare, in particolare del metabolismo dell’ascorbato e del glutatione, sono necessari per una corretta attivazione del processo di PCD.