Floema
Transporte da seiva elaborada do orgão
fonte ao orgão dreno
Orgão fonte: orgão exportador
Folhas tornam-se dreno: quando
atingem 25-40% área foliar de uma folha
completamente expandida
Orgão dreno: orgão importador
Não conseguem produzir o suficiente para sua
manutenção. Ex: folhas novas, caules, raízes,
meristemas, flores, etc.
Dreno
Força dreno e produtividade
Fotossíntese
Maior força
dreno
Fotossíntese
Menor força
dreno
Força dreno e produtividade
Experimento de enxertia recíproca
Fotossíntese
Menor força
dreno
Fotossíntese
Maior força
dreno
Descarregamento ou metabolismo nos orgãos dreno
[sacarose] no floema do orgão dreno
redução da diferença de pressão dentro do floema
aumento da pressão no floema do orgão dreno
Fechamento dos
plasmodesmatas
= redução carregamento
[sacarose] na folha
Mecanismo???
Fotossíntese
Mecanismo???
[sacarose] na folha
1
Inibição da SPS
Redução da [Pi] citossólica
Inibição do transporte de triose
[amido] cloroplasto
Inibição do Ciclo de
Calvin
[sacarose] na folha
Mecanismo???
3
2
invertase
1
[F6P]
invertase
Hexocinase
1
2
2
FBPase
3
[F2,6BP]
4
SPS
5
[Pi] citossólica
6
[amido]
8
7
Sinal
transporte de triose
7
Inibição do Ciclo de Calvin
3
Fator Transcripcional
Repressor
4
Transcrição de genes C. Calvin
5
Inibição do Ciclo de Calvin
Metabolismo da Sacarose
1) Degradação da Sacarose
Sacarose:
nutriente
componente osmótico
molécula sinal
Invertase da parede (apoplástica
Invertase Neutra
ou Alcalina
Invertase
Vacuolar
Sintase da
Sacarose Solúvel
Sintase da Sacarose
associada a membrana
Múltiplas funções das enzimas clivadoras da sacarose
- Metabolismo (atividade enzimática)
- Partição de assimilatos
- Osmoregulação
- Adaptação ao frio e baixos níveis de oxigênio
- Resposta ao ferimento e infecção
-Desenvolvimento (embriogênese in vitro, p. ex).
Invertases
Degradação Suc em Glu+Fru: grande aumento da pressão osmótica função na
elongação celular e crescimento das plantas
- Alta atividade em tecidos com rápido crescimento (raízes novas de cenoura)
- Hexoses: fonte de energia e força motora para a elongação celular
1º Ex: aumento da atividade na metade inferior do pulvino da invertase ácida durante a resposta a
gravidade
2º Ex.: Estudo detalhado do elongamento em hipocótilo: alta correlação entre nível de ativ.
invertase e taxa de elongamento
3º Ex: crescimento da pétala do cravo: bascamente devido ao enlargamento celular: grande
aumento da atividade da invertase ácida nesse período
Controvérsia: papel da invertase em orgãos dreno:
L. chmielewskii :acumula sacarose no fruto, baixíssima ativ. da invertase;
L. esculentum: alta atividade, acumula hexoses: antisenso: tomate tornou-se acumulador de
sacarose ao invés de hexoses: regulador da composição de açucares no fruto = invertase
- 5 diferentes genes clonados em cenoura: diferente regulação: um gene
flor-específico
- Milho: invertases vacuolares: um gene induzido, outro reprimido por
açúcares
- auxinas, Gas, citocininas: aumento na atividade da invertase ácida
- Ferimento ou patógeno: aumento na expressão:
Invertase Ácida
- Invertase da parede: pI básico; invertase vacuoloar: pI ácido
- Glicose: inibidor não-competitivo: frutose: inibidor competitivo
- A invertase vacuolar possui uma extensão no seu terminal COOH:
participaçãono endereçamento ao vacúolo.
- Invertases ácidas: reguladas por açucares, ferimentos e patógenos
- - Splicing aberrante induzido por frio em batata: função fisiológica? -
Invertase vacuolar
No mínimo duas isoformas presentes. Proteínas solúveis pH ótimo 4.5-5,0
- Citocininas e açucares regulam duas inv. vacuolares em milho
por aumentar a estabilidade do mRNA
- Dois genes isolados em diferentes plantas
Invertase apoplástica
- várias isoformas presentes; glicoproteínas
- podem ser ionicamente ligadas a parede celular ; pH ótimo entre 4.5 e 5.0
- Quatro genes isolados: a) um: específico para o pólem
b) outro: maior expressão nos nós axiais do caule e raiz, mas também
expressos no pólem e outros tecidos
c) dois outros: expressão na folha e caule;
- Expressão do promotor de dois últimos + GUS: expressão floema-específica e diferenciada:
um expresso no floema interno, outro no floema externo
Invertase apoplástica em Milho
- Quatro genes isolados: um gene expressado no pedicelo: mutante miniatura
Invertase neutra e alcalina: citosólicas
- No mínimo duas isoformas presentes
- pH ótimo é neutro ou levemente alcalino
- Pouco estudadas em relação a outras formas de invertase
- Parecem ser específicas para Suc
Pouco conhecidas e defíceis de serem purificadas
Extremamente instáveis: perdem atividade rapidamente após homogeneização
Ausência de significante similaridade na sequência de nucleotídeos
com outras invertases: não é uma b-frutofuranosidase.
Invertase e alocação da sacarose
Controvérsia: papel nos orgãos dreno: SuSy: atividade muito maior em batata, feijão e
trigo
Fava: papel no ínício: produção de hexoses = sinal mitótico = estímulo a divisão celular
definição do número de células sink
- Cana de açucar: correlação inversa inv. vacuolar e acumulação de sacarose
Micorrizas, incapazes transportar sacarose: inv apoplástica: fonte de hexoses
para as micorrizas
Plantas transgênicas de batata expressando a invertase no citosol ou apoplasto
- Expressão no citosol:
diminuição da produção de tubérculos, acúmulo de hexoses-P
redução no teor de amido, aumento da respiração
Expressão no apoplasto:
aumento da produção: aumento no teor de água do tubérculo;
sem alterações significativas no teor de hexose-P e no teor de amido.
Descarregamento na batata: sugerido anteriormente via simplasto: mas expressão no
apoplasto: grande redução no teor de sacarose: sacarose disponível no apoplasto :: transporte
via apoplasto também
Aumento nos teores de glicose e não frutose nos estágios mais avançados do desenvolvimento
em ambas: causa: compartimentalização ou ineficiente capacidade fosforilativa: mesma
[ATP]; GK 2x; FK:
7x
Teores de hexoses-P e 3PGA aumentam ´somente na expressão citosólica: somente a expressão
citosólica perturba a glicólise: algum processo posterior a fosforilação é afetado.
Cold sweetening em batata
- Baixas temperaturas: temperaturas inferiores a 5ºC: acumulação de hexoses;
aumento em 3x na síntese de sacarose:
- Hipóteses: aumento na atividade de enzimas degradadoras de amido; instabilidade ao frio da
FK, PK e PFP; ativação SPS; aumento da atividade da invertase ácida
Problemas:
- diferencias genotipicas quanto a acumulação de hexoses, nem sempre refletem diferenças
na atividade total da invertase;
- Primeiro acumula-se glicose, depois sacarose: o padrão de mudança em sacarose e hexose
não é totalmente consistente com uma consersão direta do primeiro ao último
Antisenso invertase
apoplástica
Antisenso invertase
vacuolar
Antisenso Susy
Antisense da invertase da parede celular em cenoura
Formação de folhas extras; acúmulo de acúcar nas folhas;
parte aéra/raiz: 1:3 a 17:1; ausência de raízes de reserva;
raiz primária com açúcares solúveis e amido
Invertase da parede: papel fundamental na particão dos assimilatos
nas raízes de reserva
Antisense da invertase do vacúolo em cenoura
Formação de folhas extras; acúmulo de acúcar nas folhas;
parte aéra/raiz: 1:3 a 1,5:1; raízes de reserva pequenas; redução no nível
de açúcares solúveis
Redução do tamanho da raiz é resultado da redução do potencial osmótico celular
Antisense da Susy em cenoura
Folhas e raízes pequenas; raízes com altos níveis de sacarose e baixos
níveis de hexoses, amido e celulose;relação parte aéra/raiz:não modificada
Susy em cenoura: principal determinante do crescimento da planta,
mais do que ponto de controle da partição de assimilatos
Invertase apoplástica
Partição da sacarose entre orgãos fontes e dreno
Resposta ao ferimento e infecção
Controle da diferenciação celular e desenvolvimento
Invertase vacuolar
Osmoregulação e enlargamento celular
Controle da composição de açúcares em frutos e orgãos de reserva
Resposta ao frio (cold sweetening)
Invertase citosólica
Desconhecida: degradação da sacarose
Sintase da sacarose
Tunelamento da sacarose no anabolismo
Partição da sacarose entre orgãos fonte e dreno
Resposta a hipoxia e frio
Invertases e o desenvolvimento
- Embriogênese somática em cenoura: aumento na inv. alcalina e diminuição na
invertase ácida
- Linhas celulares não embriogênicas: alta atividade da invertase ácida e baixa
da alcalina
- Sacarose como sinal embriogênico?
- Fenótipos na embriogênese somática:
1)Antisenso inv. parede: cotilédones falham em se separar
2) Antisenso inv. vacuolar: grandes cotilédones mas raízes e hipocótilos
atarracados
3) Ambas plantas transgênicas: estágio desenv. folhas: folhas não se
separam e
permanecem interconectadas
4) Fenótipos foram aliviados quando a sacarose era adicionada em presença
de gli+fru
Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associados
Moléculas sensoras específicas para a glicose e sacarose na
membrana celular: sinal ligado mais ao influxo desses
metabólitos no citosol, do que suas concentrações momentâneas
Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associados
Um sensor único, presente na membrana ou no RE,
percebendo mudanças rápidas nos níveis relativos
de sacarose/hexoses controlaria a sinalização
Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associados
Um sensor único, presente na membrana ou no citoplasma,
percebendo mudanças a maior prazo nos níveis
relativos de sacarose/hexoses controlaria a sinalização
Questões a serem respondidas
Tem as plantas sensores independentes para sacarose e glicose?
Qual a especificidade das diferentes rotas de sinalização e como são
elas coordenadas?
Qual a função do inibidor da invertase, cuja inibição pode ser
revertida por níveis baixos de sacarose presentes in vivo ?
Source-Sink Roitch
Plant Sugar-Response Pathways. Part of a Complex
Regulatory Web 1
Susan I. Gibson* (imagenscientificas/metabolism/sensing
Mecanismos de longa e média resposta
Nitrato e o desenvolvimento das raízes
Folhas
Raízes secundárias
[N03] nas folhas
Sinal atuante a longa distância
Crescimento das raízes secundárias
[N03] envolta das raízes
Metabolism/Nmetabolism/rootbranching
Genes de enzimas regulados pelo nitrato
Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio
Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio
Metabolism/nmetabolism/carbonacontrolGS
SNF1 Complex: Central role in the glucose signal transduction in yeast
Glucose
YEAST CELL
Cytoplasm
Glucose
HK
G6P
SNF1
SNF4
AMP/ATP
ATP
Ethanol
Mig1-P
Nucleus
?
Mig1
Transcription
Invertase, Gal genes, etc.
Alternative carbon source utilization
Reg1
Glc7
Mechanism of glucose control of SNF1 activity
High Glucose = SNF1 Inactive
Low Glucose = SNF1 Active
Snf4
Snf4
PO4
RD
RD
T210
SNF1
SNF1
KD
T210
KD
Sip
Sip
Glc7
Reg1
Glc7
Reg1
SNF1 homologues in mammals: AMP Kinases (AMPK)
- Make similar complex that in yeast: heterotrimeric complex with SNF4 and SIP homologues
- Same substrates that in yeast: HMG-CoA and ACC
- Part of a kinase cascade:
HMG-CoA
ACC
AMPKK
AMPK-P
(SNF1)
AMP
HMG-CoA-P
ACC-P
AMPK
PP2A/PP2C
Role of AMPK in mammals
- Metabolic sensors :: control of energy homeostasis
AMP/ATP Ratio
SNF1
Inactivation of ATP
consuming pathways
Activation of ATP
producing pathways
Glucose
Transcriptional Activation
SNF1
PK
FAS
HMG-CoA reductase
ACC
HSL
Glycogen synthase
ß-Oxidation of FA
( Malonil-CoA CPT)
SNF1 in Plants
- Eight different SNF1-like genes present in Arabidopsis
- The same protein interactions as in yeast and mammals: presence of SNF4 and SIP homologues
Sucrose
Glucose
PRL1
HMG-CoA reductase
NR
SPS
AMP
SNF1
Phosphatases
HMG-CoA reductase-P
NR -P
SPS -P
SNF1
Sucrose synthase
(Transcriptional)
. SNF1: Ser-Thr Kinase
Yeast: essencial for Glucose Repression
Mammals: Metabolic Sensor
Glucose
Mammals:
ATP +
[ATP]
-
AMP
Activ. SNF1
ACTIVATION OF SNF1
PHOSPHORILATION:
ATP Consuming Pathways
HMG-CoA Reductase: inactivation: Sterols
Acetil CoA Carboxilase:inactivation: FA
Glicogen Synthase: inactivation:
Glycogen
ATP Producing Pathways
???
Plants: Halford Group, 1998:
3 SNF1 Antisense lines:
accumulation
Activation
Carnitine-palmitoyl Transferase 1
Hormone Sensitive Lipase
2 lines: Northern : [mRNA Susy]
1 line:
Susy Activity
Suc + Leaves: Control: induction of [mRNA Susy]
Reações do Ciclo C4: Tipo 1
Célula do Mesófilo
Célula da Bainha
Regulação do Ciclo C4: Ativação da PEPC
Dia
Regulação do Ciclo C4: Desativação da PPDK
PPDK (Dicinase do piruvato-ortofosfato)
Piruvato
PEP
Dia = Ativa
Noite = Inativa