Floema Transporte da seiva elaborada do orgo fonte
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 [F 6 P] invertase Hexocinase 1 2 2 FBPase 3 4 SPS 5 [F 2, 6 BP] [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: 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: p. I básico; invertase vacuoloar: p. I 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 p. H ótimo 4. 5 -5, 0 - Citocininas e açucares regulam duas inv. vacuolares em milho por aumentar a estabilidade do m. RNA - Dois genes isolados em diferentes plantas
Invertase apoplástica - várias isoformas presentes; glicoproteínas - podem ser ionicamente ligadas a parede celular ; p. H 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 - p. H 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: Su. Sy: 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 2 x; FK: 7 x Teores de hexoses-P e 3 PGA 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 3 x 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 [N 03] nas folhas Sinal atuante a longa distância Crescimento das raízes secundárias [N 03] envolta das raízes
Metabolism/Nmetabolism/rootbranching
Genes de enzimas regulados pelo nitrato
Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio
Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio
Metabolism/nmetabolism/carbonacontrol. GS
SNF 1 Complex: Central role in the glucose signal transduction in yeast Glucose YEAST CELL Cytoplasm Glucose HK G 6 P SNF 1 SNF 4 AMP/ATP Ethanol Mig 1 -P Nucleus ? Mig 1 Transcription Invertase, Gal genes, etc. Alternative carbon source utilization Reg 1 Glc 7
Mechanism of glucose control of SNF 1 activity High Glucose = SNF 1 Inactive Low Glucose = SNF 1 Active Snf 4 PO 4 RD T 210 SNF 1 KD RD T 210 KD Sip Glc 7 Reg 1
SNF 1 homologues in mammals: AMP Kinases (AMPK) - Make similar complex that in yeast: heterotrimeric complex with SNF 4 and SIP homologues - Same substrates that in yeast: HMG-Co. A and ACC - Part of a kinase cascade: HMG-Co. A ACC AMPKK AMPK-P (SNF 1) AMP HMG-Co. A-P ACC-P AMPK PP 2 A/PP 2 C
Role of AMPK in mammals - Metabolic sensors : : control of energy homeostasis AMP/ATP Ratio SNF 1 Inactivation of ATP consuming pathways Activation of ATP producing pathways Glucose Transcriptional Activation SNF 1 PK FAS HMG-Co. A reductase ACC HSL Glycogen synthase ß-Oxidation of FA ( Malonil-Co. A CPT)
SNF 1 in Plants - Eight different SNF 1 -like genes present in Arabidopsis - The same protein interactions as in yeast and mammals: presence of SNF 4 and SIP homologues Sucrose Glucose PRL 1 HMG-Co. A reductase NR SPS AMP SNF 1 Phosphatases HMG-Co. A reductase-P NR -P SPS -P SNF 1 Sucrose synthase (Transcriptional)
. SNF 1: Ser-Thr Kinase Yeast: essencial for Glucose Repression Mammals: Metabolic Sensor Glucose Mammals: ATP [ATP] - + AMP Activ. SNF 1 ACTIVATION OF SNF 1 PHOSPHORILATION: ATP Consuming Pathways HMG-Co. A Reductase: inactivation: Sterols Acetil Co. A Carboxilase: inactivation: FA Glicogen Synthase: inactivation: Glycogen ATP Producing Pathways ? ? ? Plants: Halford Group, 1998: 3 SNF 1 Antisense lines: accumulation Activation Carnitine-palmitoyl Transferase 1 Hormone Sensitive Lipase 2 lines: Northern : [m. RNA Susy] 1 line: Susy Activity Suc + Leaves: Control: induction of [m. RNA Susy]
Reações do Ciclo C 4: Tipo 1 Célula do Mesófilo Célula da Bainha
Regulação do Ciclo C 4: Ativação da PEPC Dia
Regulação do Ciclo C 4: Desativação da PPDK (Dicinase do piruvato-ortofosfato) Piruvato PEP Dia = Ativa Noite = Inativa
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