Hormônios de crescimento

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1 Hormônios de crescimento
AUXINAS Hormônios de crescimento

2 Introdução Hormônios vegetais ou fitormônios: substâncias produzidas pelas plantas que geralmente em baixas concentrações causam respostas fisiológicas. Reguladores de crescimento são substâncias sintéticas que atuam como hormônios. Auxinas foram o 1º grupo a ser descoberto. Final do séc. XIX, Charles Darwin observou curvaturas de plântulas de gramíneas em resposta à iluminação lateral. Substância produzida nos ápices difundia-se de coleóptilos para blocos de Agar. Auxina foi a denominação proposta por Frits Went (1926- Holanda). Palavra de origem grega, auxein, que significa crescer ou aumentar. 1946 deu-se isolamento e caracterização química do ácido indolil -3- acético (AIA), auxina natural mais ativa de plantas.

3 Coleóptilos

4 Peter Boysen-Jensen- Fisiologista dinamarques

5 Arpad Paál - Hungria Frits Warmolt Went- Fisiologista holandês

6 Biossíntese de AIA- ácido indolil-3-acético Precursores
1) Aminoácido triptofano. 2) Indol-3-glicerol fosfato ou indol. Locais de síntese: Meristema apical caulinar. Folhas jovens. Frutos jovens e sementes. Pouco em ápices radiculares.

7 GUS- gene que codifica a enzima Beta-Glucuronidase, que não ocorre em plantas.
Esse gene foi clonado ao promotor de um gene SAUR cuja expressão ocorre em locais com alta concentração de auxinas e sua expressão é dose-dependente. Dessa forma, ele indica onde há auxinas. A Beta-Glucuronidase, pode ser histoquimicamente marcada com corantes. 5-Bromo-4-chloro-1H-indol-3-yl β-D-glucopyranosiduronic acid

8 Biossíntese de auxinas
a partir de triptofano

9 Outras auxinas naturais menos ativas que AIA.
Ácido 4- cloro-indol-3-acético Ácido fenilacético Ácido indolil- 3- butírico (AIB)

10 Auxinas sintéticas

11 Transporte de auxinas Transporte pode ser polar basípeto, ou seja, do ápice para a base da planta. Ou acrópeto, do ápice radicular para o córtex radicular Pode ocorrer de célula a célula e/ou via floema. Nos caules, folhas e raízes pode ocorrer no parênquima vascular e através do floema.

12 Transporte polar em hipocótilos

13 Transporte polar de auxinas - Modelo quimiosmótico do transporte
As H+ ATPases de membranas celulares geram gradiente eletroquímico através da membrana. Hidrolisam ATP e H2O. Fazem o bombeamento de prótons H+ para paredes celulares (pH 5,0) e OH- para citosol (pH 7,0). Parede celular pH 5,0 Citosol pH 7,0

14 AIA é um ácido fraco e lipofílico.
Nas paredes celulares predomina AIAH (protonado) devido ao pH ao redor de 5,0. No citosol, grande parte é AIA¯ (aniônico) devido ao pH ao redor de 7,0 AIAH entra na célula por duas vias: 1) Pela difusão simples. 2) Pelo co-transporte com H+ mediado pelas proteínas AUX transportadoras de AIA, também chamadas de permeases. Neste caso, usa o transporte ativo secundário. AIA sai da base celular via proteína transportadora de efluxo PIN (pin shaped inflorescences, isolada de Arabidopsis).

15 PIN

16 Na parede celular da parte apical da célula, ocorre o co-transporte de AIA junto ao H+, pelos carregadores AUX ou pela difusão. O AIA¯ sai da parte basal do citoplasma através das proteínas carregadoras PIN.

17 Proteínas PIN não são fixas na membrana.
São transportadas para compartimentos celulares. Retornam à membrana quando necessárias. Seu movimento é dirigido pelo citoesqueleto de actina. Redistribuição lateral de PIN ocorre após estímulos luminosos ou de gravidade.

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19 Mutantes de Arabidopsis pin1 apresentam falhas na produção de proteína PIN.
Ausência de distribuição lateral de PIN. Transporte de AIA é apenas basal. Meristema apical da inflorescência tem haste desprovida de órgãos florais devido ao bloqueio no transporte lateral de auxinas. Auxinas atuam na sinalização de eventos para organogênese de meristema apical de inflorescência.

20 Haste floral Sem inflorescência

21 Anatomia de raízes Localização das proteínas AUX 1 em raízes por imunolocalização As proteínas AUX localizam-se na columela, na parte lateral da coifa e nos tecidos do estelo .

22 Evidência do transporte polar de auxinas
Base caulinar

23 MODO DE AÇÃO DAS AUXINAS
Auxinas são substâncias lipofílicas. Têm a capacidade de atravessar membranas celulares por difusão ou carregadores. Moléculas de auxinas precisam apresentar anel aromático para ter atividade. Devem se ligar a um receptor protéico nas membranas. Proteínas receptoras de auxinas são chamadas de ABP (proteínas ligadoras de auxina) e proteínas Rx. Há três sítios celulares de receptores: RE, membrana plasmática e tonoplasto. Maior parte ocorre no RE. ABP1 tem alta afinidade e causa expansão celular. Rx tem baixa afinidade e causa divisão celular.

24 RECEPTORES DE AUXINAS

25 PRINCIPAIS EFEITOS FISIOLÓGICOS DE AUXINAS
Ativação de divisão celular. Indução de crescimento celular por alongamento e expansão. Indução de diferenciação celular. Diferenciação de tecidos vasculares. Desenvolvimento radicular e indução de enraizamento. Fototropismo e gravitropismo (ou geotropismo). Desenvolvimento de flores e frutos. Controle de abscisão foliar. Manutenção de dominância apical .

26 DIVISÃO CELULAR Ativação CDK/a , CYC/D3
Auxinas + citocininas causam proliferação celular de tecidos de folhas, raízes , caules e gemas no cultivo “in vitro”. Auxinas isoladas causam produção de calos “ in vitro” . Auxina aumenta atividade de CDK/a (quinase a dependente de ciclina) ativada por ciclina D3 na transição de G1 para S. Ciclina D3 (CYC/D3) é ativada por citocininas. Ativação CDK/a , CYC/D3

27 CRESCIMENTO CELULAR MECANISMOS DE ALONGAMENTO CELULAR
Para a célula expandir deve ocorrer afrouxamento das paredes celulares, por ativação enzimática. E diminuição de Ψ celular pelo aumento de micromoléculas solúveis. Ocorre relaxamento de estresse ou seja, redução da pressão hidrostática celular (ou do potencial de pressão Ψ p) e de potencial hídrico (Ψ celular). Ψ celular fica mais negativo. Isto causa aumento da absorção de água que auxilia a vacuolização celular.

28 Estímulo de alongamento celular em segmentos de coleóptilos de aveia

29 Hipótese do crescimento ácido: acidificação de paredes celulares
Ação de auxinas AIA causa ativação de H+ ATPases da membranas celulares. Ou Síntese de novas H+ ATPases nas membranas celulares.

30 Modelo de ativação de H+ ATPase de membrana plasmática

31 Ativação ou síntese de ATPases

32 SÍNTESE

33 Consequências do abaixamento de pH de paredes celulares
Ativação de hidrolases de parede celular: celulases, hemicelulases, glucanases e pectinases. Hidrólise de polímeros de parede: celuloses e hemiceluloses. Deslizamento de polímeros da parede celular. Produção e ação de proteínas expansinas que quebram pontes H entre microfibrilas de celulose e hemicelulose. Aumento de absorção de água e de solutos, principalmente K+. Em coleóptilos de milho há aumento de 5 a 7 X na expressão de genes de canais de K+ triplicando os canais e aumentando K+ celular. Crescimento de caules e hipocótilos estimulado em concentrações de 10-6 a 10-5 M de AIA.

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36 PAREDE CELULAR –CÉLULAS DE GAMETÓFITOS DE
Acrostichum danaeifolium Langsd. , Fisch. (Polypodiopsida, Pteridaceae)

37 Aumento de K+ Aumento de absorção de água Aumento de potencial de pressão

38 Diferenciação radicular e de tecidos vasculares
Auxinas podem ser transportadas dos meristemas apicais caulinares para raízes. Ocorre também síntese de auxinas nos ápices de raízes. Raízes laterais são formadas a partir de células do periciclo sensíveis às auxinas. Primórdio radicular atravessa córtex e emerge pela epiderme. Crescimento de raízes é estimulado em concentrações de a 10-9 M de AIA e inibido em concentrações maiores. Raízes adventícias formam-se em caules ou pecíolos devido ao estresse (via etileno), como por exemplo, alagamentos. Células sofrem desdiferenciação. Entram no ciclo celular, sofrem divisão e diferenciação com formação de um novo meristema radicular.

39 Indução de raiz lateral
Diferenciação de tecidos vasculares: auxinas produzidas nos meristemas caulinares apicais e citocininas produzidas nos meristemas apicais de raízes induzem diferenciação de xilema e floema.

40 Estímulo do enraizamento de estacas caulinares/foliares.
Auxinas estimulam enraizamento caulinar. Raízes adventícias são formadas no periciclo caulinar. 500 mg L-1 1000 mg L-1 2000 mg L-1 4000 mg L-1

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42 Indução de tecido vascular

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44 Diferenciação de raízes em cultura de tecido.
Crescimento de raízes estimulado com 10-10M e 10-9 M de AIA e inibido a partir de 10-8 M, possivelmente devido à síntese de etileno. Folha calo raiz

45 Fototropismo Fototropismo é a curvatura de caules e coleóptilos em direção a um estímulo luminoso. Ocorre transporte assimétrico de AIA em resposta ao estímulo luminoso lateral. A concentração de AIA torna-se maior no lado mais sombreado, que cresce mais.                      

46 Evidência de distribuição lateral de auxinas pelo estímulo luminoso

47 Isso gera maior crescimento no lado sombreado, onde há mais AIA.
Luz azul é absorvida pelas fototropinas (flavoprotéinas autofosforiláveis) que causam transporte assimétrico de auxinas. Isso gera maior crescimento no lado sombreado, onde há mais AIA.

48 Gravitropismo ou geotropismo
Acúmulo de AIA na zona de alongamento da raíz. Em raízes na posição horizontal auxinas da coifa migram para parte inferior. Proteínas PIN3 acumuladas no lado inferior aumentam transporte de AIA. Aumentos de concentração de AIA causam inibição de crescimento celular em raízes.

49 Gravitropismo ou geotropismo

50 Teoria da tensogridade - integridade tensiva
Raízes possuem na coifa, células especiais, os estatocitos com estatolitos (grãos de amido móveis) que percebem a orientação gravitacional. Sedimentação de estatolitos causa rompimento de citoesqueleto, mudança da tensão sobre RE, acúmulo de proteínas PIN 3 e canais de Ca2+ na membrana. Ocorrem alterações de atividades celulares. Raízes crescendo verticalmente - PIN3 tem distribuição uniforme nas células da columela e AIA também. Partes aéreas (caules e ramos) – têm bainha de amido circundando tecidos vasculares, que se orienta conforme a gravidade.

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55 Dominância apical Dominância apical é a inibição do crescimento das gemas axilares pelo meristema apical. Bloqueio de divisão celular e alongamento celular nas gemas axilares. Auxinas produzidas pelos meristemas apicais caulinares bloqueiam a divisão celular das gemas axilares. Parece haver a ativação de genes envolvidos com inibição de divisão celular. A remoção da gema apical reduz os níveis de auxinas e as gemas axilares se desenvolvem.

56 Em plantas intactas, as gemas
axilares não se desenvolvem. Quando o ápice é removido, as gemas axilares crescem. Quando auxina em lanolina é colocada No ápice, as gemas axilares não desenvolvem

57 Crescimento de frutos e indução de floração
Indução de crescimento de frutos: ex: morango. a) Fruto normal b) Fruto com remoção de aquênios c) Fruto com remoção de uma fileira de aquênios

58 Promoção de floração em bromeliáceas.
Promoção de flores femininas em plantas dióicas (via etileno), em cucurbitáceas, por exemplo. Auxinas estimulam a síntese de etileno

59 Referências bibliográficas consultadas
Kerbauy, G.B Fisiologia Vegetal. Guanabara Koogan, 452p. Raven, P.H., Evert,R.F. & Eichhorn, S.E Biologia Vegetal, 6ª Edição, Guanabara Koogan.,906 p. Taiz ,L. & Zeiger, E FISIOLOGIA VEGETAL. 3ª EDIÇÃO. ARTMED, 719P. Taiz, L. & Zeiger, E Plant Physiology. Sinauer Associates, Inc, Publishers, 705p.