Dra. Maria Izabel Gallão - Departamento de Biologia

Dra. Maria Izabel Gallão
Dra. Maria Izabel Gallão
As proteínas estruturais de parede
celular são classificadas em:
• proteínas ricas em hidroxiprolina (HRPG)
• proteínas ricas em glicina (RGPs)
• proteínas ricas em prolina (PRPs)
• proteínas arabinogalactanas (AGPs)
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• HRGP → floema, câmbio, esclereídeos
• PRP → xilema, fibras, córtex
• GRP → xilema
• AGP → encontradas na parede celular ou
associadas à membrana plasmática →
apresenta padrões específicos de tecidos
e células.
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Enzimas
• peroxidases, fosfatases, invertases, αmanosidases, β-manosidases, β-1,4glicanases, poligalacturonases, pectina
metilesterases, arabinosidases, αgalactosidases, β-galactosidases, βglicoronosidases, β-xilosidases,
proteases.
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Extensina
•As primeiras observações de proteínas com hidroxiprolina
na sua constituição foram feitas por Lamport e
colaboradores (1960, 1965 e 1969) relacionaram a função
de extensibilidade a estas proteínas.
•A extensina é um membro de uma família de proteínas
ricas em hidroxiprolina (HRGPs).
•em dico as extensinas são abundantes e geralmente
caracterizadas por: são ricas em hidroxiprolinas e serina e
algumas combinações do aminoácido valina, tirosina, lisina
e histidina.
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• em monocotiledôneas são encontradas versões um tanto
diferentes.
• p.ex. em milho são encontradas glicoproteínas ricas em
hidroxiprolina-treonina (THRGP) e glicoproteínas ricas em
hidroxirpolina-histidina (HHRGP), as quais também são
ricas em alanina.
• O acúmulo de extensina nas paredes celulares de epicótilo
de
ervilha
em
crescimento coincidiu
com
o
interrompimento do alongamento celular.
• O papel exato da extensina no mecanismo de defesa da
planta ainda não é claro, mas elas podem atuar como
barreira estrutural, fornecendo uma matriz para a
deposição de lignina e/ou atuar como aglutininas não
específicas de microorganismos patogênicos.
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Peroxidases
• É um grupo de proteínas muito estudado as
quais podem catalisar as ligações em
macromoléculas tais como lignina, proteínas,
hemiceluloses e ácido ferúlico.
• Também estão envolvidas na biossíntese de
nova parede celular, o que pode ser importante
no mecanismo de defesa.
• Existem diferentes tipos de isoenzimas de
peroxidases cujo padrão de expressão é
específico do tipo de tecido, regulado pelo
desenvolvimento e controlado pelos estímulos
do meio externo.
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• Exo-O-glicosil hidrolases
• Atacam oligossacarídeos e polissacarídeos nas extremidades não
redutoras, liberando monossacarídeos e em alguns casos
dissacarídeos.
• Endo-O-glicosil hidrolases
• As endo-glicanases atacam polissacarídeos em qualquer posição
exceto nas extremidades ou próximo às extremidades.
• podem ter um imediato e grande impacto sobre o peso molecular
dos polissacarídeos.
• enzimas muito estudadas no amadurecimento de frutos mas são
encontradas em outros tecidos.
•
Ex: as celulases → são encontradas em muitos tecidos, inclusive
em tecidos em crescimento, amadurecimento de frutos, e na
abscisão de órgãos.
• Outros ex: → endo-glucanases → xilanases, pectinases (endopoligalactoronases) mananases.
•
Endo-(1-3)-β-D-glucanases e quitinases → provavelmente
ataquem polissacarídeos de microorganismos invasores.
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Endotransglicosilases
-Afrouxamento da parede;
-Interação entre novas
xiloglucanas na parede;
-Cortar filamentos de xilog. que
não estejam firmemente presos
na superfície da celulose;
- amadurecimentode frutos;
- hidrólise de xilogl.
XTH – xiloglucana
endotransglicosilase/hidrolase
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Uma enzima bastante estudada é a XET
(xiloglucano endotransglicosilase) que pode
ser facilmente extraída de tecidos vegetais.
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•
A atividade da XET é alta em caules em crescimento mas é
também encontrada em raízes, folhas e em alguns frutos e células
vegetais em cultura.
•
glicoproteína com peso molecular de 33.000.
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• Outra enzima com atividade da XET foi
purificada a partir de sementes de
T.majus.
• Os cotilédones desta planta armazena
xiloglucano como reserva de carbono o
qual é mobilizado durante a germinação.
• A enzima a partir destas sementes difere
da XET de caules em crescimento no qual
pode catalizar uma transglicosilação e
também hidrolizar xiloglucano,
dependendo da concentração do
substrato.
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Expansina
• Uma das possibilidades e mais aceita é a
atuação da expansina sobre ligações não
covalentes.
• Esta idéia é muito atraente uma vez que os
polímeros da parede celular são mantidos por
pontes de hidrogênio, uma ligação não
covalente.
• Mais especificamente a rede de celulohemicelulose.
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• Para determinar se a expansina atua
sobre as pontes de H entre as
microfibrilas de celulose e as hemicelulose
os pesquisadores McQueen-Mason e
Cosgrove (1994) através medidas com
extensometros e relaxamento de extresse,
mostraram que as propriedades do papel
de filtro Whatman número 3 enfraquecia
quando em presença de uma solução de
expansina.
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• Alongamento da Parede
Celular
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• A capacidade da parede celular 1ª em
responder ao crescimento celular e
morfogênese só é possível devido a
grande tendência que esta parede celular
possui em alterar sua forma.
• Resistência da célula vegetal na ingestão
de água em resposta aos gradientes
osmóticos, demonstra a força que a
parede celular 1ª apresenta.
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•
- a orientação da deposição
das microfibrilas muda durante
o desenvolvimento.
• - inicialmente as microfibrilas
são depositadas ao acaso
(isotropicamente).
• - de tal maneira que a célula
pode se expandir em todas as
direções.
• - como as células
amadurecem muitas
microfibrilas são depositadas
lateralmente, restringindo o
crescimento lateral mas
permite o crescimento em
comprimento.
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•
Os protons são os fatores primário do afrouxamento
da parede (hipótese do crescimento ácido). Esta
teoria foi proposta pela primeira vez em 1970 por
David Rayle e R. Cleland.
•
Pontos que fortalecem esta teoria:
•
–
Os tampões ácidos estimulam uma resposta rápida e
alongamento até 5-15 min em tecidos não vivos (Evans,1974);
–
A secreção ácida está associada com locais de alongamento
celular (see Evans & Mulkey, 1981);
Fusicocina, um diterpeno glycoside extraído de fungos, estimula
a secreção e prótons (ativa a bomba H+/K+) e estimula o
alongamento.
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•
O efeito ácido é induzido pelo ácido 3 indoleacético (IAA, auxina),
um dos maiores hormônios vegetais.
• A auxina estimula a excreção de prótons e o
crescimento/alongamento.
ABP – auxin-binding
proteins
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• Expansina – aparece como a proteína primária
do afrouxamento da parede.
• outras enzimas incluídas são:
– pectina metil esterase as quais podem quebrar as
ligações de Ca+ entre as pectinas pela esterificação
dos grupos carboxil;
– hidrolases – as quais podem hidrolizar as ligações
cruzadas entre as glucanas (hemiceluloses) – p.ex.:
xiloglucanoendotransglicosilase (XET) tem sido
observado para clivar as ligações cruzadas das
glucanas as quais podem permitir o delizamentos dos
componentes da parede.
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• A parede é fechada após a sua expansão
ter se completado – uma vez o
alongamento da célula ter cessado é
necessário que ela se feche nos pontos.
Isto provavelmente é auxiliado pelas
ligações temporárias que são quebradas,
e devido a um aumento da interação
(incluindo enzimática) entre as moléculas
da parede.
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Além da orientação das microfibrilas de cellulose, as paredes maduras
aparentemente perdem a sua capacidade e expandir, os componentes
da parede tornam-se resistentes às atividades de afrouxamento.
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• As atividades de afrouxamento estariam comprometidas
se aumentassem a ligações cruzadas entre os
componentes da parede durante a maturação.
• Isto poderia resultar a partir de:
• a produção de polissacarídeos na forma que produziriam
complexos fortes com a celulose e outros matérias.
• O aumento de lignina na parede poderia causar um
aumento das ligações cruzadas entre os polímeros.
• A desesterificação das pectina ácidas poderia aumentar
a ligações com o cálcio.
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Mecanismo de defesa
• As plantas são organismos sedentários e como tais são
alvos fáceis para predadores e patógenos.
• Durante a evolução muitas barreiras de defesa tem sido
selecionadas e assim permitindo umas parcial ou total
proteção contra invasores e consequentemente a
sobrevivência das plantas.
• Estas defesa são representadas por componentes
estruturais das células e por toxinas as quais são
metabólitos secundários e inibidores de proteínas.
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• as próprias células constituem barreiras naturais ao
ataque das plantas aos patógenos.
• Os sistema radicular é protegido por tecido epidérmico
rico em celulose, substâncias que, juntamente com os
derivados pécticos e hemiceluloses, recobre também
espaços intercelulares.
• A epiderme dos caules verdes, folhas e frutos contém
uma película externa composta por cutina e ceras,
denominada cutícula.
• Celulose, cutina e substâncias cerosas são materiais de
alta estabilidade química e de degradação relativamente
difícil.
• Os troncos e os galhos de árvores são recobertos por
tecido corticoso, dotado principalmente de suberina,
capaz de resistir à ação degradativa de um grande
número de diferentes microrganismos.
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•
Papilas  alteração na parede celular em resposta á penetração
ou tentativa de penetração por microrganismos.
•
Forma-se na face interna da parede celular abaixo do ponto de
penetração de fungos e em resposta a algumas bactérias.
•
Nas papilas, lignina, polifenóis, calose suberina e celulose formam
barreiras visco-elásticas contra a força mecânica de penetração
exercida pelo patógeno.
•
Calose  polissacarídeo constituído de moléculas de glicose
unidas por ligação β-(1-3).
•
Lignificação e suberificação  células com parede lignificada são
mecanicamente mais rígidas e mais resistentes à degradação por
enzimas secretadas por patógenos.
•
Reação de hipersensibilidade, ou seja, a morte rápida de células
da hospedeira em torno do ponto de penetração do patógeno.
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Células de Cana cultivadas em suspensão
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•
Peroxidases  redução do H2O2, gera radicais livres do álcool coniferil,
que, espontaneamente, por ligações cruzadas, forma lignina.
•
A lignificação pode ser identificada pelo aumento das enzimas PAL,
peroxidases e outras enzimas relacionadas com a via dos fenilpropanoídes.
•
•
Suberização  também é dependente de peroxidase e da PAL.
Alguns patógenos podem inibir enzimas envolvidas na síntese de suberina
entre elas a PAL.
•
Glicoproteínas de parede ricas em hidroxiprolina  estas proteínas
também fortalecem a parede celular restringindo a invasão do patógeno.
O acúmulo estas proteínas, induzido por elicitores fúngicos, ocorre somente
em variedades resistentes.
•
•
•
A produção compostos fenólicos pode contribuir para a proteção da célula
através do aumento da sua concentração a níveis tóxicos.
Entre as respostas de defesa pós-infecção, as fitoalexinas são as mais
envolvidas da defesa de plantas cultivadas contra microrganismos
patogênicos.
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Células de Citrus cultivadas em suspensão
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• Fitoalexinas  são moléculas lipofílica,
possuem pequeno peso molecular.
• São produzidas justamente no ponto de
infecção, porém, um mensageiro
sistêmico predispõe toda a planta a
produzir rapidamente a fitoalexina.
• Gliceolina – soja
• Pisatina – ervilha
• Faseolina – feijão
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•
Os elicitores são moléculas responsáveis pela indução de substancia do
mecanismo de defesa das células vegetais.
•
alguns componentes da parede celular podem ter função elicitora e induzir
a síntese de lignina  monômeros de substâncias pécticas  alguns
fungos produzem pectinase  leva a degradação de pectinas  estimula a
produção de lignina.
•
•
Podem ser exógenos ou endógenos.
Exógenos  são compostos derivados do patógeno, tais como proteínas,
glicoproteínas, vários oligossacarídeos e ácidos graxos insaturados.
•
Enzimas pectolíticas produzidas pelos patógenos liberam uma fração
péctica da parede celular da hospedeira e estas funcionariam como
elicitores endógenos, ou seja, oriundos da própria hospedeira.
•
As plantas podem produzir quitinases enzimas capazes de degradar a
quitina da parede celular dos fungos e com isso liberar elicitores.
•
O tamanho dos fragmentos e a sua concentração são muito importante
para ser efetivo no mecanismo de defesa.
Em um cultivar suscetível, o elicitor não é liberado na forma adequada  a
lignificação não ocorre.
•
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• Oligossacarinas  fragmentos biologicamente ativos
de 10 a 15 resíduos, resultantes da degradação da
parede celular
• Podem estar envolvidas em respostas naturais de
desenvolvimento e em respostas defensivas.
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