texto em doc - Departamento de Biologia ( UFLA )

8
I
INTRODUÇÃO
AMAURI ALVES DE ALVARENGA
ANA CARDOSO CLEMENTE FILHA FERREIRA
O crescimento e a diferenciação de células, tecidos e órgãos são
regulados através de fatores do ambiente físico, hormonal e genético.
Muitos conceitos sobre a comunicação intracelular em vegetais derivam
de estudos em animais, sendo a mediação química desta comunicação atribuída
aos hormônios. Em animais, esses hormônios possuem como característica
fundamental a de terem os locais de síntese diferentes do local de ação, pois são
transportados para sítios-alvo específicos através da corrente sangüínea.
Analogamente, os vegetais produzem moléculas sinalizadoras, os hormônios
vegetais, denominados de fitohormônios, que são substâncias sintetizadas em
locais específicos e em pequenas concentrações que regulam no próprio local de
síntese e/ou à distância, inúmeros efeitos no desenvolvimento vegetal. Dentre
várias classes de fitohormônios já bem caracterizadas nos planos estrutural e
funcional, destacam-se as auxinas, giberelinas, citocininas, etileno e ácido
abscísico. Entretanto, existem outras substâncias encontradas em plantas, as
quais apresentam fortes evidências e grandes potenciais para serem consideradas
no futuro, como novas classes hormonais. Dentre essas, destacam-se os
esteróides de brassicas, brassinosteróides e outras moléculas sinalizadoras como
ácido jasmônico, acido salicílico, poliaminas, entre outras.
O mecanismo de ação dos hormônios em geral, se inicia pela ligação
desses com substâncias extracelulares, localizado na membrana, denominadas de
receptoras, que são proteínas especiais que originam complexos hormônioreceptor que interage diretamente com o sistema ATPase. Mensageiros
secundários são acionados, expressão de genes ocorrem, enzimas diversas são
sintetizadas, promovendo alterações metabólicas e estruturais diversas nas
células, afetando processos como diferenciação, crescimento e morfogênese.
Maiores detalhes a respeito do mecanismo hormonal serão discutidos em cada
classe desses compostos.
Substâncias quimicamente similares e com as mesmas funções
regulatórias são sintetizadas na indústria e comercializadas com o objetivo de
promover mudanças no metabolismo das plantas, promovendo ou inibindo o
9
desenvolvimento das plantas. Essas substâncias são denominadas de
reguladores de crescimento, diferindo dos fitohormônios apenas pelo fato destes
últimos serem produzidos de forma natural pelas plantas e, as substâncias
sintéticas, serem empregadas em concentrações mais elevadas que as presentes
nos tecidos.
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II
AUXINAS
AMAURI ALVES DE ALVARENGA
ANA CARDOSO CLEMENTE FILHA FERREIRA
FERNANDA CARLOTA NERY
1 INTRODUÇÃO
A classe das auxinas e, em especial, o ácido 3-indolacético (IAA ou AIA)
foi a primeira auxina descoberta em plantas nas primeiras décadas do século XX,
por dois grupos de pesquisadores, um holandês, liderado por Kgol e
colaboradores e outro por Thimann nos Estados Unidos. Dentre as várias auxinas
descobertas até o presente, o AIA é a mais abundante e fisiologicamente ativa nos
tecidos vegetais. Segundo esses pesquisadores e outros como Went, as auxinas
são substâncias que promovem a elongação dos tecidos vegetais, como foi
observado primeiramente em coleóptilos de Avena sativa L. em 1926. Pelo fato do
AIA ser uma auxina de ocorrência universal nas plantas e devido sua elevada
atividade nos tecidos regulando processos como tropismos, elongação de órgãos,
dominância apical, rizogênese, entre outros.
Os primeiros experimentos realizados com auxinas envolvendo o
crescimento vegetal foram realizados por Darwin (1880) em plantas de alpiste
(Phalaris canariensis), avaliando-se a curvatura da planta em direção a luz
(fototropismo) em coleóptilos (tecido protetor de folhas mais jovens). Os resultados
experimentais levaram a conclusão que existia um estímulo de crescimento
produzido no ápice do Coleóptilo e transmitido para a zona de crescimento
(localizada abaixo do ápice), pois se o ápice estivesse recoberto, o fenômeno não
era observado. Outros experimentos foram realizados visando elucidar a natureza
do estímulo de crescimento, por Boysen-Jensen (1913), onde o mesmo descobriu
que o estimulo do crescimento passava pela gelatina e não por barreiras
impermeáveis a água. Em 1919, Paál obteve evidências de que o estímulo
produzido no ápice era de natureza química e que quando o ápice era removido, o
efeito não era observado. Em 1926, Went, demonstrou que a substância ativa em
promover o crescimento presente no ápice do coleóptilo de aveia (Avena sativa)
se difundia em gelatina, sendo a maior descoberta deste pesquisador foi devido à
11
realização de experimentos com o estímulo de crescimento sem a maceração
dos coleóptilos, permitindo que o composto se difundisse dos ápices removidos
diretamente em blocos de gelatina. Estes blocos de gelatina quando colocados
sobre um coleóptilo decapitado provocaram a curvatura na ausência de uma fonte
de luz unilateral. O estímulo promotor do crescimento das seções do coleóptilo foi
denominado auxina, termo de origem grega, auxein, que significa aumentar,
crescer. O ensaio de curvatura de coleóptilo de aveia ainda é utilizado para a
análise quantitativa de auxina, pelo fenômeno chamado crescimento diferencial,
sendo possível estimar a quantidade de auxina em uma amostra, medindo-se o
resultado da curvatura do coleóptilo. A figura1 mostra a evolução dos estudos
iniciados por Charles Darwin no final do século XIX e na seqüência, os estudos de
Went, os quais demonstraram que as auxinas eram produzidas em um local e
transportada em pequenas quantidades para um outro sítio de ação, sendo esta
substância qualificada como um autêntico hormônio vegetal.
12
FIGURA 1: Primeiros ensaios realizados com auxinas a partir do final do
século XIX.
13
2 METABOLISMO
A determinação da estrutura da auxina responsável pelo estímulo de
crescimento foi determinada como ácido indol-3-acético (AIA), sendo mais tarde,
descobertas outras auxinas nos vegetais superiores; porém, a mais abundante é o
AIA. Embora quase todos os tecidos vegetais são capazes de produzir AIA em
baixos níveis, é nos meristemas, nas folhas jovens, nos frutos e nas sementes em
desenvolvimento que o AIA é sintetizado de forma mais pronunciada. A
biossíntese do AIA ocorre nos tecidos com rápida divisão e crescimento celular,
especialmente nas partes aéreas. Existem múltiplas rotas para a biossíntese de
AIA, sendo indicado como o provável precursor, o aminoácido triptofano. Muitas
evidências têm demonstrado que os vegetais convertem triptofano em AIA através
de várias rotas, como as rotas do ácido indol-3-pirúvico (AIP), da triptamina (TAM)
e do ácido indol-3-acetonitrila (IAN). A rota do AIP é provavelmente a rota mais
comum das vias dependentes do triptofano, envolvendo uma reação de
desaminação para formação do AIP, uma reação de descarboxilação para formar
o indol-3-aldeído, que sofre uma oxidação, para em seguida formar o AIA. A rota
da TAM é semelhante à rota do AIP, porém ocorre primeiramente uma
descarboxilação, seguida de desaminação através de enzimas específicas.
Espécies que não utilizam a rota do AIP, apresentam a TAM e, em tomateiro, há
evidências da presença de ambas as rotas. Na rota IAN, o triptofano é convertido
a o indol-3-acetaldoxina, e então, a indol-3-acetonitrila. A rota IAN parece ser
importante em apenas 3 famílias botânicas (Brassicaceae, Poaceae e Musaceae).
No entanto genes ou atividade do tipo nitrilase tem sido recentemente
identificados nas famílias Solanaceae, Cucurbitaceae, Fabaceae e Rosaceae.
As bactérias sintetizam AIA através da rota o indol-3-acetamida (IAM).
Existem suspeitas da existência de outras rotas de biossíntese de AIA
independente de triptofano, porém estudos mais acurados são necessários para a
elucidação de tais suspeitas.
A maior parte do AIA presente nas plantas está na forma conjugada.
Estas conjugações permitem a redução do conteúdo de auxinas livres nos
vegetais. Assim o AIA pode estar ligado a compostos de baixos pesos moleculares
como a glicose e o mio-inositol ou a açúcares de alto peso molecular como os
glucanos e algumas glicoprotéinas. As concentrações mais altas de auxinas livres
nas plantas estão presentes nos meristemas apicais da parte aérea e nas folhas
jovens, principais locais de síntese deste hormônio. A conjugação de auxinas
podem também estar relacionados a proteção do AIA contra a oxidação. A
distribuição de AIA nas células parece ser regulada basicamente pelo pH, sendo
que a auxina tende a se acumular em compartimentos da célula que sejam mais
14
Rotas de biossíntese de AIA dependentes do triptofano em vegetais e bactérias.
alcalinos, como cloroplastos e citosol, sendo que o AIA conjugado está
As enzimas que estão presentes somente em bactérias estão marcadas com um
concentrado exclusivamente no citosol. A figura 2 ilustra as rotas de
asterisco
(Bartel,degradação
1997).
biossíntese,
e conjugação de auxinas.
(A)
Rota
bacteriana
O
(C)
Rota do ácido indol
3-pirúvico
NH2
N
H
ase
rp igen
T
x
* no
mo
Indol-3-acetamida
(IAM)
COOH
Trp
descarboxilase
NH 2
N
H
Triptofano(Trp)
Trp
transaminase
COOH
(B)
O
N
H
IAN
Ácido indol-3-pirúvico(AIP)
NOH
N
H
AIP
descarboxilase
TAM
Amina
oxidase
Indol-3-acetaldoxima
N
H
Indol-3-acetonitrila
(IAN)
N
H
O
N
H
N
(D)
NH 2
Triptamina
(TAM)
Indol-3-acetaldeído
(IAId)
IAId
desidrogenase
COOH
Nitrilase
N
H
* IAM
hidrolase
Ácido indol-3-acético
(AIA)
FIGURA 2: Rotas de biossíntese de AIA dependentes do triptofano em
vegetais e bactérias. As enzimas que estão presentes
somente em bactérias estão marcadas com asteriscos.
15
3 TRANSPORTE
A principal forma que as auxinas são transportadas é a partir do eixo
ápice-base, isto é, transporte polar. Após os experimentos de Went foi
descoberto que o AIA movia-se principalmente da extremidade apical para a
porção basal (transporte basípeto), nos segmentos excisados de aveia. A
auxina é o único fitohormônio que apresenta transporte polar. O gradiente
longitudinal da auxina da parte aérea para a raiz afeta vários processos de
desenvolvimento, incluindo alongamento do caule, dominância apical,
cicatrização de lesões e a senescência foliar. O transporte acrópeto (em
direção ao ápice) ocorre em raízes. O transporte polar não é afetado pela
orientação do tecido (pelo menos em curtos períodos de tempo), razão pela
qual não é dependente da gravidade. Quando estacas são colocadas em
câmara úmida, raízes adventícias sempre se formam na extremidade basal da
estaca, mesmo quando as estacas estão invertidas. O transporte polar ocorre
especialmente de célula para a célula, sendo à saída de auxina na célula
denominada efluxo e a sua entrada influxo, sendo o processo dependente de
energia, pois foi evidenciado que este tipo de transporte é afetado por O 2 e
inibidores metabólicos. Vários compostos podem agir como inibidores
metabólicos do transporte auxínico (ITA), incluindo o ácido–1–N-naftilftalâmico
(NPA) e o ácido 2,3,5–triiodobenzóico (TIBA). Estes inibidores bloqueiam o
transporte polar por impedir o efluxo da auxina. Alguns flavonóides, compostos
fenólicos de 15 carbonos (C6 – C3 – C6), contendo dois anéis aromáticos,
podem agir como reguladores endógenos do transporte polar de auxinas.
Embora o transporte polar seja a principal forma de transporte das auxinas,
estes hormônios podem ser transportados de forma não polar pelo floema,
especialmente em folhas maduras, podendo se mover de forma mais rápida
que o transporte polar de forma ascendente ou descendente, sendo uma
translocação passiva, independente de energia. A figura 3 mostra algumas
estruturas de auxinas indólicas e não indólicas usadas no controle do
desenvolvimento de plantas e ainda, compostos com propriedades antiauxínicas.
16
A
B
Cl
CH2
CH2
COOH
N
COOH
N
H
Ácido 4-cloroindol-3-acético
(4-Cl-AIA)
C
H
Ácido 4-cloriindol-3-acético
(4-Cl-AIA)
CH2
CH2
CH2
COOH
Estrutura de duas auxinas sintéticas.
N das auxinas sintéticas é
A maioria
H
utilizada como herbicida na horticultura e na agricultura.
Ácido indol-3-butírico
(AIB)
D
O
CH
2
COOH
Cl
E
COOH
Cl
OCH 3
Cl
Cl
Ácido 2,4-diclorofenoxiacético
(2,4-D)
Ácido 2-metóxi-3,6-diclorobenzóico
(dicamba)
F
G
O
NH
OH
I
O
HO
O
I
I
FIGURA 3: Estruturas de algumas auxinas naturais (A, B e C), sintéticas
(D; E e F) e anti-auxina (G).
17
4 EFEITOS FISIOLÓGICOS E MECANISMO DE AÇÃO
A auxina é um hormônio relacionado ao crescimento devido
promover o aumento das taxas de alongamento celular. As auxinas aumentam
rapidamente a extensibilidade da parede, sendo a teoria do crescimento ácido
amplamente aceita, onde os íons hidrogênio agem como intermediários entre a
auxina e o afrouxamento da parede celular. A fonte de íons hidrogênio é a H+ ATPase da membrana plasmática, que tem a sua atividade aumentada em
resposta a auxina. Com a acidificação da parede, proteínas como as
expansinas agiriam no afrouxamento da parede, pelo enfraquecimento das
pontes de hidrogênio entre os polissacarídeos da parede celular. Desta
maneira, as auxinas promovem o alongamento de caules e coleóptilos, mas
por outro lado inibem o alongamento de raízes, embora não tenha sido
completamente elucidado este efeito, é possível que a inibição do
alongamento de raízes sejam devido à indução da produção de etileno pela
auxina.
O fototropismo, crescimento em relação à luz, é expresso em todas
as partes aéreas, garantindo as folhas receberem luz solar suficiente para
realizar a fotossíntese. O fototropismo é mediado pela redistribuição lateral da
auxina. O gravitropismo, o crescimento em resposta a gravidade, possibilita
que as raízes cresçam em direção ao solo e as partes aéreas em direção
contrária, respostas que são extremamente críticas nos estádios iniciais da
germinação. Embora a auxina tenha sido descoberta originalmente em relação
ao crescimento, esse hormônio também influencia praticamente todos os
estádios do biociclo de um vegetal, da germinação a senescência.
A auxina regula a dominância apical, isto é, a dominância do ápice
na inibição do crescimento de gemas axilares. Assim a remoção do ápice
caulinar (decapitação) em geral resulta no crescimento de uma ou mais gemas
laterais, isto devido à ausência da atividade auxiníca que foi removida
juntamente com o ápice. As auxinas promovem a formação de raízes laterais e
adventícias, embora o alongamento da raiz primária seja inibido por
concentrações de auxinas maiores do que 10–8M, sendo a iniciação de raízes
laterais (ramificadas) e raízes adventícias estimulada por altos níveis de
auxinas. As raízes laterais são encontradas normalmente acima da zona de
alongamento, zona pilífera, originando-se de pequenos grupos de células no
periciclo. As auxinas estimulam células do periciclo a se dividirem. As células
em divisão gradualmente formam o ápice radicular e a raiz lateral cresce
através do córtex e da epiderme da raiz. As raízes adventícias podem surgir
em uma grande variedade de tecidos a partir de agregados de células
maduras que renovam sua atividade de divisão celular. Essas células em
divisão desenvolvem-se em meristemas apicais de raiz de maneira análoga à
formação de raízes laterais. Na horticultura, o efeito da auxina na formação de
raízes adventícias tem sido muito úteis para a propagação vegetativa de
plantas por estaquia.
A perda de folhas, flores e frutos de uma planta é conhecida por
abscisão. Esses órgãos desprendem-se das plantas na zona de abscisão, que
18
está localizada próxima à base do pecíolo ou do pendúnculo dos frutos. Na
maioria dos vegetais, a abscisão foliar é precedida pela diferenciação de uma
distinta camada de células, a zona de abscisão. Durante a senescência foliar,
as paredes das células da camada de abscisão são digeridas, o que as tornam
maleáveis e fracas. Eventualmente, as folhas desprendem-se das plantas na
zona de abscisão como resultado do estresse nas paredes celulares
enfraquecidas. Os níveis de auxinas são altos nas folhas jovens decrescendo
de forma progressiva nas folhas maduras, sendo relativamente baixos em
folhas senescentes, quando se inicia o processo de abscisão. Desta maneira,
sugere-se que a auxina transportada a partir da lâmina foliar impede a
abscisão e que a abscisão é desencadeada durante a senescência foliar,
quando a auxina não está sendo produzida.
O desenvolvimento do meristema floral depende da auxina
transportada dos tecidos subapicais para esse meristema. Várias evidências
sugerem que a auxina está envolvida na regulação do desenvolvimento do
fruto. A auxina é produzida no pólen, no endosperma e no embrião de
sementes em desenvolvimento e o estímulo inicial para o crescimento do fruto
pode resultar da polinização. A polinização bem sucedida inicia o
estabelecimento do fruto, sendo que após a fertilização, o crescimento do fruto
depende da auxina produzida nas sementes em desenvolvimento. O
endosperma pode contribuir com a auxina durante o estádio inicial do
crescimento do fruto e o embrião em desenvolvimento pode ser a fonte
principal de auxinas durante os estágios seguintes.
As auxinas promovem a formação de raízes laterais e adventícias, por
agir em grupos de células especiais do periciclo, estimulando-as a se
dividirem. Essas células em divisão desenvolvem-se em meristema apical
tanto nas raízes adventícias quanto nas laterais. Em espécies ornamentais e
hortícolas esse efeito tem sido primordial na propagação vegetativa de plantas
por estaquia
As primeiras aplicações das auxinas em plantas incluem o
estabelecimento de frutos, o retardamento da senescência e da queda de
folhas e frutos, a promoção do florescimento em abacaxi, a indução de frutos
partenocárpicos, o raleio de frutos e o enraizamento de estacas para a
propagação vegetal. Além destas aplicações, as auxinas são utilizadas como
herbicidas. Os produtos químicos 2,4 – D e dicamba são as auxinas sintéticas
mais utilizadas. As auxinas sintéticas são muito eficientes, pois não são
metabolizadas tão rapidamente quanto ao AIA. O milho e outras
monocotiledôneas podem rapidamente inativar auxinas sintéticas por
conjugação. Todavia, essas auxinas são geralmente utilizadas para controle
de invasoras dicotiledôneas em culturas de cereais e em gramados por
jardineiros no controle de invasoras como dente-de-leão e margaridas.
19
III
GIBERELINAS
AMAURI ALVES DE ALVARENGA
ANA CARDOSO CLEMENTE FILHA FERREIRA
ÉRICO DE CASTRO LIMA JÚNIOR
1 INTRODUÇÃO
As giberelinas constituem uma classe hormonal relativamente
complexa do ponto de vista químico, quando comparados com outras
substâncias hormonais. Atualmente se conhece cerca de 125 giberelinas,
sendo estas freqüentemente associadas a promoção do crescimento do caule
e a aplicação desses hormônios nas plantas intactas pode induzir aumento
significativo na sua altura. A biossíntese de giberelinas está sob controle
genético e de fatores ambientais, sendo isolados muitos mutantes deficientes
em giberelinas. Os alelos alto/anão das ervilhas estudadas por Mendel
constituem exemplos clássicos, sendo esses mutantes úteis na elucidação de
complexas rotas da biossíntese de giberelinas.
A descoberta das giberelinas se deu na Ásia, onde pesquisadores
japoneses estudavam uma doença que provocava um crescimento
excepcional em plantas de arroz e suprimia a produção de sementes. Essas
plantas foram denominadas “plantas bobas“ ou bakanae. Os fitopatologistas
descobriram que a altura exagerada destas plantas era devido a um composto
excretado por um fungo que infectava as plantas. Os compostos excretados
pelo fungo Giberella fujikuroi foi denominado de giberelina. O primeiro
composto isolado do filtrado da cultura do fungo foi denominado ácido
giberélico, (GA3). Embora o ácido giberélico fosse o principal componente dos
filtrados do fungo, outras giberelinas foram isoladas de filtrados de fungo como
GA1 e GA2. Tornou-se evidente que existia uma família de giberelinas e que
em cada cultura de fungos predominavam giberelinas diferentes. A
característica estrutural que todas as giberelinas apresentam em comum é a
presença de uma estrutura em anel ent-kaureno.
As giberelinas compreendem uma grande família de ácidos
diterpênicos que são sintetizadas por uma ramificação da rota dos
terpenóides. As rotas de biossíntese deste hormônio foram possibilitadas
graças ao avanço dos métodos de detecção, pois os vegetais possuem uma
ampla variedade de giberelinas sendo muitas delas biologicamente inativas.
20
2 METABOLISMO
As giberelinas são diterpenóides tetracíclicos compostos de unidades
básicas pentacarbonadas (isoprenos) ligados cabeça à cauda. A rota
biossíntetica das giberelinas ocorre em três compartimentos celulares, sendo
que a primeira etapa nos plastídios, com a formação de precursores e do entcaureno. O ent-caureno é formado a partir do geranilgeranilpirofosfato,
precursor de diversos compostos terpênicos, dentre eles os carotenóides,
óleos essenciais e as giberelinas. Após a formação do GGPP, ocorrem
reações de ciclizações que convertem o GGPP em ent-caureno. Essa
conversão representa a primeira etapa da rota que e’ específica para a
formação das giberelinas, que ocorrem nos plastídeos, mais especificamente
nos proplastídeos.
A segunda etapa de biossíntese das giberelinas ocorre no retículo
endoplasmático em que um grupo metil do ent-caureno é oxidado a ácido
carboxílico, seguido pela contração de um anel de seis carbonos para um de
cinco carbonos, resultando em GA12 aldeído que é oxidado a GA12, sendo
essa, a primeira giberelina da rota em todos os vegetais, precursoras das
demais giberelinas existentes. A hidroxilação do GA12 é responsável pela
formação do GA53 que também ocorre no retículo endoplasmático. A terceira
etapa da rota ocorre no citosol e compreende a formação das demais
giberelinas a partir do GA12 e do GA53.
As giberelinas são sintetizadas nos tecidos apicais, como em gemas,
folhas e entrenós jovens e em crescimento ativo. Os níveis mais altos de
giberelinas foram encontrados em sementes imaturas e nos frutos em
desenvolvimento.
A inativação de muitas giberelinas ocorre a partir da conjugação de
giberelinas livres, isto é, ativas, com açúcares a que estão ligadas
covalentemente. A glicose é o principal açúcar que se encontra conjugado com
as giberelinas livres, sendo os glicosídeos, além de representar uma forma de
inativação de giberelinas, também podem representar uma forma de
armazenamento para ocasiões de demanda de giberelinas ativas. Os efeitos
biológicos de crescimento do caule e do aumento em altura das plantas está
relacionado à atividade e os níveis endógenos de GA1. Os efeitos de GA1
podem ser substituídos por GA3, porém este tipo de giberelinas é raro em
plantas superiores.
As giberelinas e seus intermediários podem ser transportadas para o
resto da planta via floema. A luz e o fotoperíodo podem regular a síntese de
giberelinas, fato que pode ser exemplificado no caso de sementes que
germinam apenas na presença de luz. Para estas sementes, a germinação foi
determinada devido a um aumento nos níveis de GA 1 endógeno. A aplicação
exógena de giberelinas pode promover a germinação de sementes no escuro.
Em relação ao fotoperíodo, foi demonstrado que plantas que necessitam de
dias longos para florescer, quando transferidas de dias curtos para dias
longos, o metabolismo das giberelinas é alterado. Em espinafre, plantas
mantidas em dias curtos, mantêm a forma de rosetas e o nível de giberelinas é
21
relativamente baixo. Em resposta ao aumento do comprimento do dia, as
partes aéreas das plantas de espinafre começam a alongar após 14 dias, fato
esse relacionado com o aumento dos níveis de giberelinas, especialmente de
GA20 e GA1. A influência de GA1 tem sido demonstrada pelo uso de diferentes
inibidores da síntese e do metabolismo da giberelina. Os inibidores AMO 1618
inibem o alongamento de entrenós bloqueando a biossíntese de giberelina
antes do GA12 aldeído, e seu efeito pode ser revertido aplicando GA20
exógeno. O inibidor BX-112 bloqueia a produção de GA1 a partir de GA20, e
seu efeito somente pode ser revertido pela aplicação de GA 1. Estes resultados
demonstram a importância crucial do GA1 para o crescimento do caule em
espinafre. Outros inibidores de giberelinas são o fosfon D, o AMO-1618,
inibidor da primeira etapa da biossíntese de giberelinas, sendo utilizados como
redutores do crescimento, o paclobutazol e outros inibidores de
monooxigenases, que inibem a segunda etapa da biossíntese de giberelinas,
sendo, portanto, considerados retardadores do crescimento. A figura 4 mostra
a via de biossíntese, interconversões de algumas giberelinas ativas e a figura
5 mostra algumas estruturas giberelinas ativas.
22
Plastídeo
Etapa 1
OPP
ent-Caureno
OPP
ent-Copalil diofosfato
GGPP
Etapa 2
OH
CHO
CH3
ent-Caureno
GA -aldeído
12
Retículo Endoplasmático
R
COOH
GA
53
COOH
GA
12
R
R
CHO
GA 20-oxidase
COOH
COOH
COOH
Etapa 3
HOCH
2
GA 20-oxidase
COOH
CH
3
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
GA
(R = H)
24
GA
(R = OH)
19
GA
(R = H)
12
GA
(R = OH)
53
GA
-OL(R = H)
15
GA
-OL(R = OH)
44
GA 20-oxidase
R
R
GA ativo
O
O
GA 3-oxidase
CO
CO
HO
COOH
COOH
GA
4
GA
GA
(R = H)
9
GA
(R = OH)
20
GA 2-oxidase
R
GA 2-oxidase
Inativação
R
1
O
HO
(R = H)
(R = OH)
O
HO
CO
CO
Conversão do GA20 em GA1COOH
pela 3B-hidroxilase,
um grupo de
HO a qual adiciona
COOH
GA
(R = H)
hidroxila
(OH)
51
GA
(R = OH)
29
GA .(R = H)
ao carbono 3 da GA
34
20
GA
8
(R = OH)
OH
OH
O
CH 2
H
O
+ OH
GA 3B-hidroxilase
CO
H
CH 3
GA20
COOH
CH 2
H
CO
HO
H
COOH
CH 3
GA1
FIGURA 4: Rota biossintética (etapas 1; 2 e 3), conversões e inativação
de giberelinas.
23
OH
O
20
H3C
CH2
HO
CO
H
CH3
COOH
H3C
Giberelina A1 (GA1)
HO
7
6 COOH
GA12 (uma giberelina C20)
CH 2
H
H
CH 3
H
COOH
OH
O
CO
CH2
H
COOH
Ácido
(GA
)
Ácidogiberélico
giberélico (GA
3)
3
Giberelina A4 (GA4)
FIGURA 5: Estrutura de algumas giberelinas ativas
O fotoperíodo também controla a formação do tubérculo, sendo o
processo de tuberização em batatas selvagens controlados por condições de
dias curtos, associados ao declínio dos níveis de GA 1. As batatas cultivadas,
devido ao processo de domesticação, muitas variedades perderam esta
característica. Muitos dos processos de desenvolvimento regulados pelo
fotoperíodo são indiretamente regulados pelos níveis de giberelinas.
Especialmente, no caso da tuberização, altos níveis de giberelinas bloqueiam
o processo, pois há evidências que os eventos mediados pelo fitocromo são
em parte devidos à modulação dos níveis de giberelinas. Essas podem
substituir o tratamento a frio para a germinação de sementes (estratificação) e
também para o florescimento (vernalização), sendo este processo associado
ao aumento da giberelina GA9.
O ácido giberélico foi testado por fisiologistas de plantas em uma
grande variedade de espécies. Respostas espetaculares foram verificadas
quanto ao crescimento por alongamento em plantas anãs ou em rosetas, como
em milho anão e em muitas outras plantas em roseta. No final da década de
50, foi finalmente identificada uma giberelina em planta superior (Phaseolus
coccineus). A partir daí, várias giberelinas foram caracterizadas a partir de
fungos e plantas e foram enumeradas como giberelinas A x (GAx) onde X é o
número que representa a ordem de sua descoberta.
24
Embora tenham sido originalmente descobertas por causa de
doença que promovia o aumento de entrenós em plantas de arroz, as
giberelinas endógenas influenciam também uma série de processos do
desenvolvimento vegetal.
3 EFEITOS FISIOLÓGICOS E MECANISMO DE AÇÃO
A aplicação de giberelinas promove o alongamento de entrenós em
várias espécies, sendo esse efeito mais pronunciado em plantas anãs ou em
plantas com crescimento em roseta. O GA3 exógeno provoca um excesso de
alongamento do caule em plantas anãs, de modo que as plantas assemelhamse às variedades de porte mais elevado da mesma espécie (figura 6).
Associado a esse efeito há também uma diminuição na espessura do caule e
no tamanho da folha, além da coloração verde clara do limbo foliar.
Os efeitos observados por ação das giberelinas no crescimento de
caules são devidos ao estímulo que as giberelinas promovem nas taxas de
alongamento e divisão celular, efeitos esses devido ao aumento na
extensibilidade das paredes celulares.
FIGURA 6: Ilustração de variedades de milho anão e normal tratadas e
não tratadas com giberelina (GA1).
25
Todavia, parece que este aumento não está relacionado com a
acidificação de compartimentos das paredes celulares conforme demonstrado
para as auxinas, pois nenhum processo de extrusão de prótons foi
demonstrado com a aplicação de giberelinas exógenas. Por outro lado, as
giberelinas nunca estão presentes em tecidos com ausência completa de
auxinas, sendo que os efeitos da giberelina no crescimento podem ainda
depender da acidificação do meio promovido pelas auxinas. Vários estudos
sugerem que o alongamento do caule estimulado por giberelinas seja devido
aos efeitos sobre a enzima xiloglucano endotransglicosilase (XET), que
promove o aumento das proteínas expansinas nas paredes celulares,
causando, portanto, o afrouxamento da parede celular.
A aplicação de giberelina pode regular a juvenilidade em ambas as
direções. Em algumas espécies de plantas, a giberelina provoca a reversão do
estado do estado maduro para o juvenil. Por outro lado, plantas jovens de
muitas espécies de coníferas poderão atingir a fase de maturidade mais
precocemente.
As giberelinas influenciam a iniciação floral, a determinação do sexo
e promovem a frutificação. Em espécies da família curcubitaceae como
abóbora, pepino e melancia, as giberelinas induzem o aparecimento de flores
masculinas.
Efeitos também marcantes já evidenciados para as ações das
giberelinas são sobre a germinação de sementes, mais especificamente, sobre
a produção de -amilase na camada de aleurona de cereais. Os grãos de
cereais podem ser divididos em três partes: o embrião diplóide, o endosperma
triplóide e o pericarpo fusionado à testa (testa da semente-parede do fruto). A
parte do embrião consiste no embrião propriamente dito, juntamente com seu
órgão especializado em absorção, o escutelo, cujas funções são absorver as
reservas solubilizadas do endosperma e transportar estas reservas ao
embrião. O endosperma é composto de dois tecidos: o endosperma amiláceo,
localizado centralmente e a camada de aleurona. O endosperma amiláceo,
tipicamente um tecido morto na maturidade, consiste de células com paredes
celulares delgadas, preenchidas com grãos de amido. A camada de aleurona
que circunda o endosperma possuem células com paredes celulares espessas
e um grande número de vacúolos que armazenam proteínas, delimitadas por
uma membrana única, os corpos protéicos. Esses corpos protéicos contêm
fitina, uma mistura de sais de magnésio e potássio com o ácido mio-inositolhexafosfórico (ácido fítico). Durante a germinação e o crescimento inicial da
plântula, as reservas do endosperma são hidrolisadas por várias enzimas
hidrolíticas e, os açúcares, aminoácidos e outros componentes são
transportados para o embrião em crescimento. As duas principais enzimas
relacionadas à degradação do amido são  e  amilase. A -amilase hidrolisa
aleatoriamente um polímero de glicose que constitui o amido, produzindo
oligossacarídeos que consistem de resíduos de glicose com ligações -1,4,
enquanto que a -amilase degrada esses oligossacarídeos a partir das
extremidades para produzir maltose, que é convertida em glicose através da
enzima maltase. A -amilase é secretada no endosperma amiláceo pela
camada de aleurona. A função da camada de aleurona parece ser a síntese e
26
a secreção de enzimas hidrolíticas. Após a ocorrência desses eventos, as
células da camada de aleurona entram em um processo de morte programada.
Experimentos realizados na década de 1960 demonstraram que a secreção de
enzimas hidrolíticas pelas camadas de aleurona dependia da presença do
embrião. Quando o embrião era removido não ocorria tal evento, porém se a
metade de uma semente sem embrião fosse posicionada na proximidade de
um embrião excisado, o amido era digerido, demonstrando a participação do
embrião na atividade hidrolítica. O embrião produz uma substância que se
difunde e desencadeia a liberação de -amilase pela camada de aleurona.
Posteriormente, foi descoberto que as giberelinas (GA3) poderiam substituir a
presença do embrião no estímulo da degradação do amido. Quando as
metades das sementes isentas de embrião foram incubadas em soluções
contendo ácido giberélico, a secreção de -amilase no meio foi estimulada
após um período de 8 horas em comparação as metades das sementes
incubadas sem ácido giberélico. Dessa maneira, foi demonstrado que o
embrião sintetiza e libera giberelinas, principalmente GA1 no endosperma
durante a germinação. Assim o embrião de cereais regula a mobilização de
suas próprias reservas por meio da secreção de giberelinas que estimulam a
função hidrolítica da camada de aleurona, especialmente a produção e
secreção de -amilase.
A formação de frutos sem sementes dá se o nome de partenocarpia,
sendo este, um dos principais efeitos das giberelinas. Durante a formação de
frutos, as giberelinas ainda possibilitam o aumentar do comprimento do
pedúnculo de uvas sem sementes, permitindo que as uvas cresçam mais pela
diminuição da compactação, promovendo o alongamento do fruto e reduzindo
substancialmente o número de sementes.
Em frutos cítricos, as giberelinas retardam a senescência, prolongando
o período de comercialização. Em estudos com limão Tayti, plantas tratadas
com giberelinas retém seus frutos por mais de dois meses.
As giberelinas são utilizadas para acelerar processo de maltagem da
cerveja, maximizando a produção de enzimas hidrolíticas pela camada de
aleurona.
A aplicação de giberelinas em cana de açúcar provoca o aumento dos
entrenós, incrementando a produção bruta da cana em cerca de duas
toneladas por acre, durante o inverno.
As giberelinas podem ser utilizadas no melhoramento vegetal,
especialmente para a produção de flores masculinas em cucurbitáceas,
estimulando o crescimento em plantas de beterraba e repolho.
Em alguns casos, as giberelinas afetam a produção comercial de
plantas ornamentais, influenciando a altura de plantas que em alguns casos
pode ser desejável, em outros indesejável. Nesse último caso, às vezes é
necessária a utilização de inibidores de giberelinas como o ancimidol ou o
paclobrutazol. Os inibidores de giberelinas também são utilizados para
prevenir o acamamento e reduzir o tamanho de arbustos utilizados em
margens de estradas e em arborização urbana.
27
IV
CITOCININAS
AMAURI ALVES DE ALVARENGA
ANA CARDOSO CLEMENTE FILHA FERREIRA
MARCELO MURAD MAGALHÃES
1 INTRODUÇÃO
Um grande número de substâncias foi testado visando iniciar e
manter a proliferação celular de tecidos caulinares em meio de cultura.
Antes disto, no entanto, foi descoberto a primeira citocinina, a
cinetina, obtida a partir de DNA autoclavado de arenque (peixe), que foi
demonstrado se tratar da citocinina cinetina, um derivado da adenina
(aminopurina) 6 furfurilaminopurina. As citocininas são aminopurinas com N 6
substituído, que iniciam a proliferação celular em muitas células vegetais,
quando cultivadas em meio de cultura que contenha auxina. A principal
citocinina nos vegetais superiores é a zeatina ou trans-6-(4-hidroxi-3-metil-but2-anilamino) purina, também presente nas plantas como um ribosídeo ou
ribotídeo e como glicosídeo. Tais formas são em geral ativas como citocininas
em bioensaios, pela sua conversão enzimática em zeatina livre nos tecidos
vegetais. Foi verificado ainda que o crescimento foi estimulado de forma mais
intensa quando se adicionou ao meio de cultivo o endosperma líquido de coco,
também conhecido como água de coco. Um meio nutritivo suplementado com
uma auxina e com 10 – 20 % de água de coco foi capaz de manter uma
contínua divisão das células maduras e diferenciadas de uma ampla variedade
de tecidos e espécies vegetais, levando a formação de calos. Tal descoberta
indicou que a água de coco possui uma substância que estimula células
maduras a iniciarem e manterem ciclos de divisões celulares. Posteriormente
foi identificado que a água de coco possuía zeatina. As células vegetais
maduras geralmente não se dividem nas plantas intactas, mas podem ser
estimuladas a divisões por lesão, por infecção com certas bactérias e por
hormônios vegetais. Essa classe hormonal foi descoberta durante pesquisas
de fatores que estimulam a divisão celular, isto é, o processo de citocinese. As
citocininas tem apresentado amplos feitos em diversos processos fisiológicos
que controlam o desenvolvimento vegetal.
28
2 METABOLISMO
Durante o biociclo, as plantas controlam os seus níveis hormonais por
meio de reações anabólicas e catabólicas e ainda, através de processos de
inativação e/ou conjugação. Dentro desse contexto, a primeira etapa da
síntese de citocininas é a transferência do grupo isopentenil do dimetil alil
difosfato (DMAPP) para o nitrogênio 6 da adenosina tri e difosfato. O produto
desta reação é rapidamente convertido a zeatina e outras citocininas.
As citocininas são sintetizadas nas raízes, em embriões em
desenvolvimento, folhas jovens, frutos. As citocininas são também sintetizadas
por bactérias, insetos e nematóides associados às plantas.
A citocinina oxidase degrada de forma irreversível a citocinina e pode
representar um papel importante na regulação dos níveis desse hormônio. A
conjugação das cadeias laterais e de parte da molécula de adenosina com
açúcares, geralmente a glicose, também é um processo envolvido na
regulação dos conteúdos desse hormônio. A figura 7 mostra as seqüências
metabólicas na via de síntese das citocininas e a figura 8, algumas estruturas
de citocininas naturais e sintéticas com destaque para a cinetina, a primeira a
ser descoberta por Carlos Muller em 1954.
Rota biossintética para a síntese de citocinina
29
NH
2
NH2
N
N
N
N
N
O
PPP O
N
N
P O
AtlPT4
DMAPP
IPT da
bactéria
(TMR)
N
Primeira enzima na rota
biossintética das citocininas
N
N
N
N
N
N
iPA
N
N
O
iPTP/iPDP
O
P O
HO OH
iPMP
HO OH
N
N
O
HO OH
N
N
N
N
P O
ZMP
OH
N
N
N
ZTP/ZDP
OH
OH
N
iP
N
OH
PPP O
+ PP O
AMP HO OH
ATP/ADP HO OH
PPP O
N
O
HO OH
N
N
N
N
O
N
HO
N
ZR HO OH
Isomerase
cis-trans
N
N
N
N
H
trans-Zeatina
N
H
cis-Zeatina
transZOG1 Glicosidase
O
cisZOG1
O
N
N
N
N
H
O-glicosil-trans-zeatina
FIGURA 7: Rota biossintética das Citocininas.
Glicosidase
Glc
N
N
N
N
N
O
OH
N
Glc
N
N
N
N
H
O-glicosil-cis-zeatina
30
H
H
H
N1
N
C
C
6
H N
5C
7
3
4C
2
C
H
N
H
C
C
C
9
C
H
O
8C
H
N
H
Cinetina
O
NH
C
HN
N,N' -Difeniluréia
N
N
S
N
H
N
H
Tidiazuron
FIGURA 8: Estruturas de algumas citocininas com atividades fisiológicas.
As citocininas são mais abundantes em células jovens em
divisão, nos meristemas da parte aérea e do ápice radicular, e parecem
ser transportadas passivamente a partir das raízes até a parte aérea
pelo xilema, junto com a água e sais minerais. Esta via de movimento
das citocininas tem sido inferida a partir da análise de exudatos do
xilema.
3 EFEITOS FISIOLÓGICOS E MECANISMOS DE AÇÃO
Como veremos a seguir, dentre os vários efeitos das citocininas no
controle dos processos fisiológicos e bioquímicos do desenvolvimento vegetal,
é na divisão celular o seu ponto principal de ação. A ação das citocininas na
31
divisão acontece na regulação do ciclo celular e no controle das atividades
das quinases dependentes de ciclina. Os níveis de citocininas são aumentados
no final das fases S e G1 e na mitose propriamente dita. As células vegetais
formam-se a partir de processos de divisão celular nos meristemas. Os
processos de divisões celulares afetam profundamente o processo de
cicatrização de tecidos vegetais e o processo de abscisão foliar. As lesões dos
tecidos vegetais provocadas por acidentes mecânicos podem induzir a
divisões celulares nos tecidos lesionados. Sob certas condições, células
maduras e diferenciadas de tecidos intactos podem retomar a divisão celular.
A zona de abscisão na base do pecíolo da folha é a região onde as células
maduras do parênquima podem se dividir novamente após um período de
inativação mitótica, formando uma camada de células relativamente frágil,
onde pode ocorrer a abscisão.
Em muitas espécies, células maduras do córtex e/ ou do floema
retomam a divisão para formarem meristemas secundários, como o câmbio
vascular. Mesmo em células altamente especializadas como as de fibras do
floema e das células-guarda podem ser estimuladas pela lesão a se dividirem.
A atividade mitótica induzida por lesões é normalmente auto-limitante, após
poucas divisões, as células derivadas param de dividir e se rediferenciam.
Entretanto, quando uma bactéria presente no solo, Agrobacterium
tumesfaciens, invade a lesão ela pode ocasionar neoplasia, formação de
tumor, devido a intensa divisão celular.
As citocininas retardam a senescência foliar, que é um processo de
envelhecimento programado que leva a morte do vegetal.
Em estudos com folhas destacadas de videira, observou-se que a
cinetina quando pulverizada em plantas intactas, se apenas uma folha é
tratada, esta permanece verde, enquanto as demais folhas de idade
semelhante tenham tornam-se amareladas, sofrendo abscisão posteriormente.
Estudos em folhas destacadas têm revelado que os níveis de clorofilas, RNA,
lipídeos e proteínas diminuem rapidamente. A aplicação de citocininas numa
única folha de plantas intactas mostra o seu efeito mobilizador tanto na
integridade molecular como estrutural das células e tecidos, fato esse
comprovado pela manutenção da coloração verde dessa folha em relação a
uma folha não tratada que se torna progressivamente amarelada.
Em folhas e cotilédones ocorrem o crescimento das células, enquanto
nas raízes e caules, há inibição do crescimento. Os mecanismos de ação das
citocininas encontram-se em fase de estudos.
Um dos principais determinantes da forma vegetal é o grau de
dominância apical. As plantas com forte dominância apical como o milho,
apresentam um único eixo de crescimento com poucas ramificações laterais.
Por outro lado, em plantas arbustivas ocorre o crescimento de muitas gemas
laterais. Embora a dominância apical possa ser determinada inicialmente pela
auxina, estudos mostram que as citocininas desempenham um papel crucial
no crescimento de gemas laterais, estando essas envolvidas na liberação das
gemas axilares da dominância apical.
No crescimento correlativo, as citocininas agem em associação com
as auxinas, controlando o desenvolvimento de brotações ou ramos e raízes de
32
tal maneira que baixas relações de C: A promovem a formação de raízes,
enquanto altas relações promovem a formação de ramos.
As citocininas agem no controle da mobilização de reservas das
sementes, promovendo a síntese ou aumentando a atividade de enzimas
hidrolíticas. Existem casos em que elas agem na quebra de dormência das
sementes e de gemas.
As citocininas parecem mediar muitos processos estimulados pela luz,
incluindo diferenciação de cloroplastos e a expansão de folhas e cotilédones.
Embora as citocininas tenham sido descobertas como fatores de
divisão celular, elas podem estimular ou inibir uma variedade de processos
fisiológicos, metabólicos, bioquímicos no contexto do desenvolvimento. Em
adição aos efeitos já discutidos, as citocininas regulam a morfogênese da
parte aérea e das raízes, além de interagirem com as auxinas no controle do
ciclo celular.
33
V
ETILENO
AMAURI ALVES DE ALVARENGA
ANA CARDOSO CLEMENTE FILHA FERREIRA
ÉRICO DE CASTRO LIMA JÚNIOR
1 INTRODUÇÃO
Durante o século XIX, um gás produzido pelo carvão era utilizado
para a iluminação das ruas. Foi também observado que árvores em praças
públicas próximas as lâmpadas de iluminação perdiam suas folhas de forma
mais acentuada que as demais. Posteriormente, evidenciou-se que o gás do
carvão e os poluentes atmosféricos afetavam o crescimento e o
desenvolvimento vegetal, sendo o etileno identificado como o componente
ativo do gás de carvão.
O etileno é um hidrocarboneto (C2H4), sendo um gás e,
aparentemente, o único gás que participa da regulação de processos
fitofisiológicos. O etileno é considerado um hormônio, já que é um produto
natural do metabolismo, que atua em concentrações muito baixas e participa
da regulação de praticamente todos os processos de crescimento e
diferenciação das plantas. A maior dificuldade dos estudos com o gás etileno é
que ele está geralmente presente na atmosfera, particularmente em áreas de
atividade industrial ou de trânsito intenso. Além disso, praticamente todos os
compostos orgânicos liberam etileno quando são aquecidos ou oxidados.
Finalmente, as plantas sujeitas a vários tipos de estresse, como o ataque de
insetos e microrganismos, o contato com substâncias tóxicas, a colocação em
posição horizontal, a exposição a baixas temperaturas e à presença de
potenciais de água baixos nos tecidos, produzem etileno acima dos níveis
esperados em plantas normais.
2 METABOLISMO
A via metabólica de síntese de etileno foi determinada por Adams e
Yang em 1979. O precursor do etileno é o aminoácido metionina. A conversão
da metionina em S-adenosil-metionina (SAM) requer gasto de uma molécula
34
de ATP e uma de H2O. O Oxigênio é essencial no final da reação, para que
ocorra a conversão de ácido 1-amino-ciclopropano-1-carboxil (ACC) em
etileno.
Duas enzimas são consideradas chaves na síntese do etileno, a
ACC sintase que forma o ACC (ácido amino-ciclopropano 1-carboxílico) e a
ACC oxidase que o ACC formando o etileno na presença do oxigênio. Sob
condições anaeróbicas, as células não usam a metionina como precursora. A
figura 9 mostra a rota de biossíntese do etileno.
FIGURA 9: Rota biossíntetica do etileno.
35
A vantagem original do gás etileno como regulador do crescimento
reside no fato de que não exige atividade metabólica para seu transporte e, em
certos casos, para sua inativação. A difusão do gás através dos espaços
intercelulares faz com que ele seja transportado por toda a planta e até o
exterior dos tecidos facilitando o controle de sua concentração nos diferentes
tecidos e órgãos.
Inúmeras substâncias são capazes de liberar etileno, dentre elas, a
mais utilizada e efetiva é o ácido 2-cloroetil-fofônico, mais conhecido como
ethrel, etefon ou CEPA. Um grupamento – CH2 – CH2 no centro da molécula,
com um centro removedor de elétrons de um lado e um doador de elétrons do
outro, é capaz de produzir etileno.
Os inibidores da síntese de etileno são aminoetoxivinilglicina (AVG) e
ácido aminooxiacético (AOA). Esses compostos inibem a enzima ACC sintase,
que por sua vez faz a conversão de SAM a ACC.
3 EFEITOS FISIOLÓGICOS E MECANISMO DE AÇÃO
Nos últimos anos, uma atenção cada vez maior tem sido dirigida às
substâncias naturais que aceleram a maturação. A principal delas é o etileno,
gás produzido pela combustão incompleta de hidrocarbonetos. Ele é produzido
em diversas partes da planta e é distribuído, provavelmente por difusão, no
espaço intercelular.
Na fase final do desenvolvimento do fruto da planta, ocorre a
maturidade fisiológica. A continuação do desenvolvimento do fruto ou
maturação, que o torna comestível para o ser humano, pode ocorrer depois de
sua separação da planta.
O etileno é considerado tanto o hormônio que inicia a maturação
como o produto desse processo. O início da produção de etileno seria parte
indispensável do processo de maturação. Após esse início, a produção
autocatalítica do gás teria como objetivo acelerar e tornar mais uniforme a
maturação dos frutos climatérios. A banana é um dos exemplos mais comuns
dentre os diversos frutos climatérios. O amadurecimento dos frutos refere-se a
mudanças físico-químicas que os tornam aptos ao consumo. Tais mudanças
incluem caracteristicamente o amolecimento do fruto, devido a quebra
enzimática das paredes celulares, a hidrólise do amido, o acúmulo dos
açúcares e ao desaparecimento de ácidos orgânicos e compostos fenólicos,
incluindo os taninos. Sob uma perspectiva da planta, o amadurecimento do
fruto indica que as sementes já estão prontas para serem dispersas. Devido a
sua grande importância para a agricultura, a maioria dos estudos sobre
amadurecimento de frutos tem enfocado os frutos comestíveis.
Na maturação de banana, um fruto climatério, têm sido usado Azetil,
um composto constituído por 5% de etileno e 95% de nitrogênio, o qual é
aplicado na proporção de 2% da câmara. A banana é imersa em uma solução
de etileno ou exposta ao próprio gás, para que a maturação seja padronizada.
No último estágio, estão sendo testadas também as embalagens em que as
36
frutas são transportadas, como caixas forradas com filmes flexíveis
(plásticos de diferentes espessuras), com ou sem cristais incrustados, que
absorvem o etileno liberado pela fruta, retardando o processo de
amadurecimento.
A senescência é um processo geneticamente programado que afeta
todos os tecidos vegetais. Várias evidências fisiológicas sustentam o papel do
etileno e das citocininas no controle da senescência foliar. Aplicações
exógenas de etileno aceleram a senescência foliar, enquanto que o tratamento
com citocininas exógenas retarda a senescência.
O aumento na produção de etileno está associado a perda de
clorofilas e ao desaparecimento gradual da cor que são aspectos
característicos da senescência de folhas e flores. Os inibidores da síntese de
etileno retardam a senescência foliar. Todos esses estudos sugerem que a
senescência é regulada pelo balanço entre etileno e citocinina. Além disso, o
ácido abscísico tem sido envolvido no controle da senescência foliar.
Nas folhas, o etileno estimula a síntese e atividade de enzimas
hidrolíticas que participam de alterações estruturais associadas à abscisão
(queda).
A senescência ou degradação final é a parte terminal da maturação.
Nos frutos que apresentam, durante a maturação, o padrão climatério de
respiração, o pico respiratório ou climatério separa o fim do desenvolvimento e
o início da senescência.
A queda de folhas e de flores é o resultado do enfraquecimento das
paredes celulares da camada de abscisão devido a atividade de enzimas
como celulase e poligalacturonase que agem no metabolismo da parede
celular, tornando-as frouxas.
Embora seja em geral inibidor da floração em várias espécies, o
etileno induz a sincronização da florada em abacaxi e em manga. Em espécies
monóicas, o etileno pode alterar o sexo das flores em desenvolvimento, como
por exemplo, em pepino, que promove o aparecimento de flores femininas.
Em algumas espécies, o etileno apresenta a capacidade de quebrar
a dormência e iniciar a germinação de sementes, como em cereais e ainda,
quebrar a dormência de gemas de certas espécies como ocorrem em batata e
outros tubérculos.
Em algumas espécies como arroz irrigado e Nymphoides peltata, o
etileno induz o alongamento de caule e pecíolos, permitindo que folhas e
ramos permaneçam fora da água.
O etileno é um regulador positivo na diferenciação de raízes
adventícias em folhas, caules e pêlos radiculares. Esse efeito pode ser visto
em plantas de Arabidopsis thalliana.
A epinastia é um tipo de crescimento diferencial que ocorre em
folhas e caules, causando uma curvatura do limbo foliar para baixo ou o
crescimento tortuoso dos caules. Particularmente, no caso das folhas, a
epinastia é causada por um diferencial na concentração de etileno entre as
epidermes adaxial e abaxial do limbo foliar.
37
VI
ÁCIDO ABSCÍSICO
AMAURI ALVES DE ALVARENGA
ANA CARDOSO CLEMENTE FILHA FERREIRA
ÉRICO DE CASTRO LIMA JÚNIOR
FERNANDA CARLOTA NERY
1 INTRODUÇÃO
O ácido abscísico (ABA) é um hormônio vegetal cujos estudos
iniciaram com dois grupos de cientistas, um americano e outro europeu.
Ambos tinham os mesmos objetivos, porém trabalhando com espécies
diferentes. O grupo americano isolou e purificou uma substância que lhe deu o
nome de abscisinas I e II, enquanto o grupo europeu lhe deu a denominação
de dormina, um composto relacionado com a dormência. Esse composto pode
ser encontrado em todas as partes das plantas vasculares. O ABA é um
composto de 15 carbonos semelhantes a porção terminal de algumas
moléculas de carotenóides. Atualmente, sabe-se que o ácido abscísico é um
hormônio que desencadeia o processo de abscisão ou queda de frutos e
folhas, como em algodoeiro, pela sua capacidade de estimular a produção de
etileno. Outros processos do desenvolvimento são igualmente afetados por
este hormônio, os quais serão discutidos posteriormente nesse capítulo.
2 METABOLISMO
A biossíntese do ABA ocorre nos cloroplastos e outros plastídeos,
iniciando pelo isopentenildifosfato (IPP), uma unidade isoprênica que leva a
síntese de violaxantina, um carotenóide (C40), que em seguida, é convertida
em violaxantina e, posteriormente, em neoxantina, ambos, produtos C40. De
xantoxal (C15), um inibidor de crescimento, ocorre a síntese de ABA-aldeido
(C15) e, finalmente ácido abscísico (ABA). A figura 10 mostra a via metabólica
de síntese do ABA, bem como a formação de conjugados. Mutantes de milho
deficientes em ABA apresentam o fenômeno da viviparidade, ou seja, as
38
sementes germinam precocemente ainda nos frutos, pelo fato destas
sementes apresentarem baixos níveis de ABA.
A biossíntese não é o único fator de regulação dos níveis de ABA
nos tecidos. Assim como em outros hormônios, a concentração livre de ABA
no citosol é também regulada pela degradação, conjugação e
compartimentalização e transporte. Sob diferentes condições de
disponibilidade de água na planta, os níveis de ABA são variáveis,
aumentando sob condições de déficit. O ABA pode ser inativado por oxidação
(ácido faseico ou diidrofaseico) ou por conjugação com outros compostos,
como por exemplo, o ABA--D-glicosil-ester.
O transporte do ABA ocorre tanto via xilema como pelo floema,
porém, mais abundante na seiva floemática.
FIGURA 10: Rota metabólica de síntese do ABA e formação de
conjugados.
39
3. EFEITOS FISIOLÓGICOS E MECANISMO DE AÇÃO
A queda das folhas de uma planta decídua pode ocorrer em resposta
a sinais do meio ambiente, tais como dias curtos ou baixas temperaturas no
outono, ou devido a condições adversas ao desenvolvimento vegetal que
favorecem a síntese de ácido abscísico. A folha jovem tem a capacidade de
sintetizar níveis de auxinas relativamente altos durante a senescência,
enquanto reduz drasticamente a medida limbo foliar fica mais velho. Esta
situação faz com que haja o rompimento do pecíolo na camada de abscisão.
Durante a senescência, ao mesmo tempo em que diminui o fluxo de auxinas
no pecíolo, ocorre um aumento na produção de etileno na região de abscisão.
A queda no nível de auxinas torna aparentemente as células da região de
abscisão mais sensíveis à ação do etileno. O etileno também inibe o transporte
de auxinas no pecíolo e provoca a síntese e o transporte de enzimas que
atuam na parede celular (celulases) e na lamela média (pectinases). A
dissolução parcial ou total da parede celular e da lamela média torna a região
de abscisão enfraquecida, do ponto de vista mecânico. Basta neste momento
um vento moderado para causar a quebra do feixe vascular e completar a
separação da folha do restante da planta. A abscisão de frutos é muito
semelhante à abscisão foliar, somente que nos frutos e em algumas folhas
ocorre, antes da abscisão, um aumento no nível de ácido abscísico. Este
hormônio vegetal poderia promover a síntese de etileno e, possivelmente, a
síntese das enzimas que atuam na parede celular e lamela média. Como pode
ser visto, o ABA, etileno e auxina são hormônios que interagem no controle de
alguns processos do desenvolvimento.
Sob condições de estresse hídrico, por exemplo, as plantas são
sinalizadas a produzirem ABA no sistema radicular, transportando-o através do
xilema até as folhas, estimulando o fechamento dos estômatos e conseqüente
redução da transpiração. Por uma ação localizada em nível de membrana
plasmática, ele inibe a atividade da ATPase, impedindo a entrada de K + e a
saída de prótons H+.
Em muitas espécies, ao final do processo de maturação das
sementes elas acumulam quantidades significativas de ABA, coincidindo com
a queda nos níveis de giberelinas e de auxinas. Logo, essas sementes
adquirem dormência fisiológica, sendo esta removida pela embebição das
sementes em soluções de giberelinas, sendo mais efetivas as GA 4 e GA7. Por
outro lado, sementes deficientes em ABA, como por exemplo em mutantes de
tomate, as sementes geralmente germinam precocemente dentro do próprio
fruto, fenômeno conhecido por viviparidade. Embora pouco se saiba com
relação ao papel do ABA nas gemas, esse ácido é um dos inibidores que se
acumulam em gemas dormentes de espécies lenhosas de clima temperado.
O ABA regula a expressão dos genes de várias proteínas durante o
desenvolvimento da semente e o estresse hídrico, incluindo a família LEA,
proteases e chaperonas que protegem as estruturas e propriedades das
membranas, conferindo tolerância do embrião à dessecação. Além disso, o
ABA inibe a expressão de genes induzidos pelo GA, como a síntese do GAMYB e a  amilase da camada de aleurona em cevada e de outras enzimas
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hidrolíticas fundamentais na mobilização de reservas do endosperma
durante a germinação de sementes.
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VII
LITERATURA
RECOMENDADA
ARTECA, R. N. Plant Growth Substances: principles and applications.
Chapman & Hall, 1995, 332p.
BARRUETO CID, L. P. Introdução aos hormônios vegetais. Brasília:
Embrapa recursos Genéticos e Biotecnologia. 180 p. 2000.
BUCHANAN, B. B.; GRUISSEN, W.; JONES, R. L. Biochemistry and
molecular biology of plant. California: Courier companies, 1367 p.
2000.
CAMARGO E CASTRO, P.R.; VIEIRA, E.L. Aplicações de
reguladores vegetais na agricultura tropical. Livraria e Editora
Agropecuária Ltda, 2001, 132p.
MATTOO, A. K. & SUTTLE, J. C. The Plant Ethylene. CRC Press,
1991, 337p.
TAIZ, L. & ZEIGER, E. Fisiologia Vegetal. Trad. Eliane Romanato
Santarém...[et al.], 3.ed., Porto Alegre: Artmed, 2004, 719p.
PLANT HORMONE [on line]. [capturado em agosto de 2004].
Disponível em: http//:www.plant.hormone.info/auxins.htm
http//:www.plant.hormone.info/gibberellins.htm
http//:www.plant.hormone.info/cytokinins.htm
http//:www.plant.hormone.info/abscisicacid.htm
http//:www.plant.hormone.info/ethylene.htm
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VIII
AGRADECIMENTOS
A arquiteta Michelle Jacyra de Paula Alvarenga pela elaboração
das ilustrações e, ao pesquisador Dr. Leonardo Ferreira Dutra
(EMBRAPA Florestas, Colombo – PR) pela revisão do texto acadêmico.