LAURA MACHADO DE FARIA.

LAURA MACHADO DE FARIA

INTRODUÇÃO Metabolismo da energia mitocondrial:
Cadeia transportadora de elétrons => bombeia prótons para o espaço intermembranar => produzindo um ΔμH+ => força dirigente para a síntese de ATP; ΔμH+ pode ser convertido em calor (bat) => termogênese por não-tremor; ΔμH+ => mecanismo de defesa em stress oxidativo.

Mecanismo de Regulação das taxas de Respiração e Síntese de ATP
INTRODUÇÃO Mecanismo de Regulação das taxas de Respiração e Síntese de ATP Grau de acoplamento entre respiração e fosforilação regulados por dois distintos processos: Oxidase Alternativa (AOx); Proteínas Desaclopadoras (UCP).

INTRODUÇÃO Quais os mecanismos de regulação Termogênese em Plantas?
Oxidase Alternativa (AOx) Proteína Desaclopadora Mitocondrial de Plantas (PUMP) Regulação intrínseca – sistema de dissipação-potencial redox (não forma ΔμH+) Regulação extrínseca – sistema de dissipação-potencial próton eletroquímico (formação de ΔμH+) Mitocôndrias de plantas possuem dois sistemas dissipadores de energia que diminuem a eficiência da fosforilação oxidativa.

Oxidase Alternativa - AOx
são enzimas mitocondriais encontradas no eucariontes, possivelmente em animais; AOx – tipo 1 – monocodiledôneas e dicotiledoneas – expressão relacionada ao estresse; AOx – tipo 2 – somente em dicotiledôneas – expressão constitutiva; AOx – tipo 3 – Arabdopsis – expressão diminui a baixas temperaturas (downregulated) – indicando papel fisiológico no metabolismo de energia. funcionam como dímero; catalizam a oxidação/redução do oxigênio/ubiquinol; a única função confirmada para AOx é a termogênese respiratória em Arum spp e outras espécies, onde a produção de calor durante a antese volatiza compostos aromáticos e atrai polinizadores. - produz uma rota alternativa para geração de elétrons na cadeia transportadora (transloca elétrons somente no complexo 1). a ativação da oxidase reduz a geração de ATP.

torna-se ativa quando UQ pool é 40-50% reduzido, aumentando sua atividade com o aumento da redução de UQ pool; qto maior a redução do UQ pool, menor a afinidade de AOx por O2; o estado reduzido de AOx depende da geração de NADPH e envolve sistema de acoplamento de redução do NADPH por glutationa e tioredoxina; AOx não é sensitiva a inibidores da rota metabólica do citocromo, mas é inibida por ácidos hidroxâmicos, como o benzohidroxamato (BHAM) e por fatty acids (FA); - Não ocorre ΔμH+ durante a respiração.

OBJETIVOS Mini-revisão focando nos possíveis papéis de Oxidase Alternativa, e a Proteína Desaclopadora Mitocondrial Vegetal (PUMP) no metabolismo de energia mitocondrial em plantas.

METODOLOGIA Análises de Expressão Estudos Funcionais
Proteína Desaclopadora Mitocondrial de Plantas (UCP) Oxidase Alternativa AOx Análises de Expressão Estudos Funcionais Em tecidos termogênicos e não termogênicos Em condições normais e de estresse

Proteína Desaclopadora Mitocondrial de Plantas - PUMP
EXPERIMENTOS Superexpressão de AtPUMP1 em plantas de tabaco transgênico: Levando a um significativo aumento na tolerância ao estresse oxidativo (promovido por peróxido de hidrogênio) qdo comparado às plantas controles não transgênicas; Em plantas chilling-sensitive (cana-de-açucar), o estreses oxidativo é o principal componente do chilling stress); ROS (espécies de oxigênio reativas) pode reagir com DNA, lipídeos e proteínas e causar sérios danos celulares; a mitocôndria representa uma das maiores fontes de ROS durante cold stress => PUMP e AOx podem agir como reguladores da produção de ROS.

EXPERIMENTOS Indução de expressão de PUMP de milho por menadiona: gera superóxido => sugere que a expressão de ZmPUMP in vivo pode ser controlado por níveis de ROS; considerar que o propósito da expressão da PUMP cold-stress-induced é balancear a produção aumentada de ROS potencial. 3. Análises da região upstream promotora 1.0 kb de PUMP4, 5 e AOxla (PLACE e PlantCARE) do sítio de transcrição em Arabidopsis, revela uma sequência comum alvo de um FT envolvido no processo oxidativo, ativando proteinas peroxissomal.

a energia para termogênese é fornecida pelo o aumento da respiração mitocondrial por meio de AOx; e é controlada pelo Ácido Salicílico; - entretanto, a expressão de AOx1 é induzida por ácido salicílico tanto em plantas termogênicas como não-termogênicas.

O provável papel de AOx em plantas não-termogênicas é o de minimizar a produção de ROS: experimentos com transgênicos de tabaco overexpressando ou faltando AOx sugerem que AOx está envolvido na resposta hipersensitiva à infecção por vírus e pode prevenir a morte programada da célula induzida pela downregulaion da rota metabólica do citocromo; Aox é efetivamente induzida pela inibição química artificial da rota metabólica do citocromo por poisons (tóxicos) tais como cianido e antimicina A; alguns autores sugerem que a indução de AOx por cianido/antimicina A, bem como por ácido salicílico é indireta, via aumento da produção de ROS que é conhecido por upregulate a expressão de AOx1.

- É conhecido que estresse ao frio ativa a AOx em plantas não-termogênicas. - Taxas de CO2 em tubérculos em batata diferentes temperaturas. Fig. 1. Ratio between CO2 evolution rates of intact potato tubers stored at 5±1°C and tubers stored at 25±1°C. Each point represents the mean value ±SD of four determinations, each one using a group of four intact potato tubers. Signiﬁcant diﬀerences (p < 0.01) between CO2 evolution rates of cold- and warm-treated potato tubers are indicated by asterisks.

Akdkdkdkd A taxa de CO2 output aumentou a 5 °C; Alto consumo de O2. - Atividade AOx a 5 °C foi ~ 10x maior que em 25°C. Fig. 2. Determination of AOx capacity in mitochondria isolated from potato tubers stored for 4 days at 5±1°C or 25±2°C. Mitochondria (0.5 mg/ml) were incubated in a standard reaction medium (28°C) in the presence of 2.5 μg/ml oligomycin, 300 μM propranolol, 2 μM atractyloside, 0.1 mM ATP, 0.5% BSA, 1 mM DTT, and 0.15 mM pyruvate. Additions of 2 mM KCN and 2 mM BHAM were done where indicated. Slope 1 refers to the total respiration rate, a diﬀerence between slope 1 and slope 2 refers to CN-sensitive respiration and between slope 2 and slope 3 to AOx capacity.

Características: sistemas de gradiente eletroquímico de próton por dissipação de potencial; principal forma de regulação extrínseca de eficiência de fosforilação oxidativa; mediado por ΔμH+, sem a produção de ATP; UCPs e PUMPs permitem o retorno dos prótons novamente à matrix mitocondrial sem síntese de ATP, dissipando a energia de ΔμH+ como calor; o resultado é um desaclopamento de respiração da síntese de ATP.

Histórico: first uncoupling protein (UCP) in 1976 (bat); Vercesi et al. (1995) descobriram PUMP em tubérculos de batata; foi detectada em vários outros seres por produção de anticorpos contra batatas PUMP ou contra PUMP recombinante isolada de sistema de expressão em E. coli; outros genes codificando UCPs 1-5, AtPUMP1 e AtUCP2 foram descobertos; descoberta pelo grupo distintos padrões de expressão entre monocot. e dicot. durante estresse ao frio – sistema de dissipação de energia sujeitos a diferentes regulação transcricional em diferentes células e tecido; a existência de UCPs em vários seres vivos e alta homologia (em todos os eucariotos, exceto em Saccharomyces cerevisiae), sugerindo sua emergência no início da escala evolutiva.

Mecanismos hipotéticos de transporte de prótons: modelo proton-buffering – o H+ é transportado diretamente pela UCP; modelo protonophore – em que o H+ é transportado por um free fatty acid (FA) cycling (mecanismo flip-flop) mediado pela UCP (anions vão para o espaço intermembranar e voltam para a membrana interna quando protonados e neutros).

Regulagem da atividade de UCPs em animais, plantas e fungos: Ativadores como ex.: - FA - free fatty acid; - UQ - ubiquinona e seu estado redox; - ROS - espécies reativas de oxigênio: peróxido de hidrogênio, superóxidos e radicais hidroxil. Inibidores como ex.: - nucleotídeo purina, pH-dependente;

Regulagem da atividade de UCPs em animais, plantas e fungos: Ativadores: UQ - ubiquinona e seu estado redox FA - free fatty acid Em 2004, o grupo dos autores relataram UQ regulando a atividade UCP de uma forma diferente – ao invés da ativação de UCP por UQ, encontraram que a inibição de FFA induziu a atividade de UCP por GTP, sendo este sob o controle do estado redox de UQ; - UCPs em músculos se tornou GTP-sensitiva quando o nível de redução de UQ foi abaixo de 64% e completamente inibida qdo abaixo de 57%. Inibidores como: Nucleotídeo purina, pH-dependente Sugerindo que o estado redox de UQ poderia ser um sensor metabólico que modula a inibição do nucleotídeo purina de UCPs ativadas por FFA em mitocôndria de músculo.

Regulagem da atividade de UCPs em animais, plantas e fungos: Ativadores: ROS - espécies reativas de oxigênio: peróxido de hidrogênio, superóxidos e radicais hidroxil: Evidência de que UQ pode ativar UCP indiretamente via produção de superóxido (Echtay et al., 2002). Da mesma forma para PUMP de batata (Considine et al., 2003) => sugerindo conservação dos mecanismos básicos de ativação de UCP e PUMP. - após Echtay & Brand (2001) encontrarem uma ativação de GDP-sensitive proton conductance de um mitocôndria de rim por UQ. Adicionando superóxido dismutase, a ativação por UQ diminui fortemente.b

UCPs – Função Termogênica x Não-Termogênica originalmente consideradas apenas produtoras de calor em termogênese por não-tremor em mamíferos que hibernam – rewarming period (BAT de UCP1 e muscle-type UCP); Obs.: Ca2+ -ATPase (SERCA) hidrolisa ATP (dissipação da energia conservada em ATP) sem o transporte de Ca2+ (uncoupled Ca2+ ATPase), resultando em produção de calor. a participação de outras isoformas de UCP na termogênese é incerta: UCP2 e UCP3 – regulação do peso do corpo ou produção de ROS; PUMP1, 4 e 5 são induzidas pelo frio (expressão de genes PUMP em Arabidopsis codificando PUMP1, 4 e 5. PUMP2 e 3 – expressão lenta e insensível ao frio.

UCPs – Função Termogênica x Não-Termogênica UCPs em plantas não-termogênicas: Hipótese a favor de um papel mais geral: a regulação do metabolismo energético em mitocôndria => para evitar um extremo aumento do ΔμH+, o qual pode levar a uma excessiva produção de espécies de oxigênio reativas. => Levantando questões sobre o real papel fisiológico das UCPs.

Proteína Desaclopadora Mitocondrial de Plantas
Expressão de StPUMP aumenta na exposição ao frio => Entretanto, a alta capacidade funcional de StPUMP não dispara a termogênese. Armazenamento no frio por 4 dias seguidos produz uma resposta da mitocôndria ao re-acoplamento (taxa de respiração diminui ao mesmo nível do controle) quando adicionado ATP e BSA. Ao contrário, ATP não produz efeito no controle mitocondrial ao re-acoplamento para tubérculos warm-stored. Fig. 3. Electrical transmembrane potential (ΔΨ) of mitochondria isolated from potato tubers stored for 4 days at 25±2 or 5±1C. Potato mitochondria (‘‘PM’’; 0.5 mg/ml) were incubated in a standard medium (28C) containing 2 μg/ml oligomycin, 7 μM atractyloside, 300 μM propranolol, 0.1 mM ATP, and 10 μM linoleic acid (LA). Additions of 5 mM ATP, 0.1% BSA, and 1 mM KCN were done where indicated. ΔΨ was estimated as a function of changes in safranin O ﬂuorescence (arbitrary units, here referred to as a.u.).

CONCLUSÕES As Regulações intrínseca e extrínseca da fosforilação oxidativa em plantas são realizadas por meio da dissipação de energia que leva ao aumento da produção de calor; Contudo, sistemas de dissipação de energia manifestam termogênese somente diante de uma capacidade funcional muito alta; Níveis de expressão suficientemente altos para promover a termogênese: UCP1 em tecido adiposo marrom de mamíferos e AOx1 em algumas espécies de espádices; A possível função termogênica de PUMP veio de observações de estresse ao frio, que estimulou a transcrição de genes PUMP em raízes e flores de batata a Arabidopsis thaliana; Contudo, o estresse ao frio elevou a produção de ROS que também induziu a transcrição de genes PUMP; A maioria das plantas, com exceção das termogênicas, não produzem suficiente aquecimento metabólico para aumentar a temperatura de todo o tecido; Isto sugere que o papel biológico de ambos os sistemas pode ser mais no sentido de, por haver nestes casos relevantes funções da PUMP e AOx concomitantes, melhorar a regulação do metabolismo de energia mitocondrial e a prevenção da formação excessiva de ROS.

LAURA MACHADO DE FARIA.

Apresentações semelhantes

Apresentação em tema: "LAURA MACHADO DE FARIA."— Transcrição da apresentação:

Apresentações semelhantes

Sobre projeto

Feedback

Login

Autorizar-se através da rede social:

LAURA MACHADO DE FARIA.

Apresentações semelhantes

Apresentação em tema: "LAURA MACHADO DE FARIA."— Transcrição da apresentação:

Apresentações semelhantes

Sobre projeto

Feedback