Floema Transporte da seiva elaborada do orgão fonte ao orgão dreno Dreno Orgão fonte: orgão...

Floema

Transporte da seiva elaborada do orgão fonte ao orgão dreno

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.

Força dreno e produtividade

Maior forçadreno

Menor forçadreno

Fotossíntese Fotossíntese

Força dreno e produtividade

Experimento de enxertia recíproca

FotossínteseFotossíntese

Menor forçadreno

Maior forçadreno

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 dosplasmodesmatas= redução carregamento

[sacarose] na folha

Fotossíntese

Mecanismo???Mecanismo???

Inibição do transporte de triose

Redução da [Pi] citossólica

[amido] cloroplasto

[sacarose] na folha

Inibição da SPS

Inibição do Ciclo de Calvin

Mecanismo???Mecanismo???

11

22

[sacarose] na folha Mecanismo???Mecanismo???

[F6P]

[F2,6BP]

invertase

FBPase

Inibição do Ciclo de Calvin

SPS [Pi] citossólica

transporte de triose[amido]

12

34

56

78 7

33

invertase Hexocinase1

2

Sinal

Fator TranscripcionalRepressor

Transcrição de genes C. Calvin

4

Inibição do Ciclo de Calvin

5

3

Metabolismo da Sacarose

1) Degradação da Sacarose

nutriente

componente osmótico

molécula sinal

Sacarose:

Invertase da parede (apoplástica

Invertase Neutraou Alcalina

Sintase da Sacarose Solúvel

Sintase da Sacaroseassociada a membrana

Invertase Vacuolar

Múltiplas funções das enzimas clivadoras da sacaroseMúltiplas 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).

InvertasesInvertases

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 gravidade2º Ex.: Estudo detalhado do elongamento em hipocótilo: alta correlação entre nível de ativ. invertase e taxa de elongamento3º 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 ÁcidaInvertase Ácida

- Glicose: inibidor não-competitivo: frutose: inibidor competitivo

- Invertase da parede: pI básico; invertase vacuoloar: pI ácido

- 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 vacuolarInvertase vacuolar

- Citocininas e açucares regulam duas inv. vacuolares em milho por aumentar a estabilidade do mRNA

No mínimo duas isoformas presentes. Proteínas solúveis pH ótimo 4.5-5,0

- Dois genes isolados em diferentes plantas

- Quatro genes isolados: a) um: específico para o pólemb) outro: maior expressão nos nós axiais do caule e raiz, mas também

expressos no pólem e outros tecidosc) 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 apoplásticaInvertase apoplástica

- várias isoformas presentes; glicoproteínas

- podem ser ionicamente ligadas a parede celular ; pH ótimo entre 4.5 e 5.0

Invertase neutra e alcalina: citosólicasInvertase neutra e alcalina: citosólicas

- No mínimo duas isoformas presentes

- Parecem ser específicas para Suc

- Pouco estudadas em relação a outras formas de invertase

- pH ótimo é neutro ou levemente alcalino

Pouco conhecidas e defíceis de serem purificadasExtremamente instáveis: perdem atividade rapidamente após homogeneização

Ausência de significante similaridade na sequência de nucleotídeoscom outras invertases: não é uma -frutofuranosidase.

Invertase e alocação da sacaroseInvertase 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 celulardefinição 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

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.

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.

Cold sweetening em batataCold 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 diferençasna 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 invertaseapoplástica

Antisenso invertasevacuolar

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

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

Antisense da invertase do vacúolo em cenoura

Redução do tamanho da raiz é resultado da redução do potencial osmótico celular

Folhas e raízes pequenas; raízes com altos níveis de sacarose e baixosníveis de hexoses, amido e celulose;relação parte aéra/raiz:não modificada

Antisense da Susy em cenoura

Susy em cenoura: principal determinante do crescimento da planta, mais do que ponto de controle da partição de assimilatos

Invertase apoplásticaInvertase apoplástica

Partição da sacarose entre orgãos fontes e dreno

Resposta ao ferimento e infecçãoControle da diferenciação celular e desenvolvimento

Invertase vacuolarInvertase vacuolarOsmoregulação e enlargamento celular

Controle da composição de açúcares em frutos e orgãos de reservaResposta ao frio (cold sweetening)

Invertase citosólicaInvertase citosólicaDesconhecida: degradação da sacarose

Sintase da sacaroseSintase da sacaroseTunelamento da sacarose no anabolismo

Partição da sacarose entre orgãos fonte e drenoResposta a hipoxia e frio

Invertases e o desenvolvimentoInvertases 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 separar2) Antisenso inv. vacuolar: grandes cotilédones mas raízes e hipocótilos

atarracados3) Ambas plantas transgênicas: estágio desenv. folhas: folhas não se

separam e permanecem interconectadas4) Fenótipos foram aliviados quando a sacarose era adicionada em presença

de gli+fru

Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associadosEnzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associados

Moléculas sensoras específicas para a glicose e sacarose namembrana celular: sinal ligado mais ao influxo desses metabólitos no citosol, do que suas concentrações momentâneas

Enzimas sucrolíticas e sinais metabólicos associadosEnzimas 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 associadosEnzimas 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 respondidasQuestões a serem respondidas

Tem as plantas sensores independentes para sacarose e glicose?

Qual a especificidade das diferentes rotas de sinalização e como sãoelas 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 ComplexRegulatory Web 1Susan I. Gibson* (imagenscientificas/metabolism/sensing

Mecanismos de longa e média resposta

Folhas

Raízes secundárias

Nitrato e o desenvolvimento das raízesNitrato e o desenvolvimento das raízes

[N03] nas folhas Sinal atuante a longa distância

Crescimento das raízes secundárias

[N03] envolta das raízes

Metabolism/Nmetabolism/rootbranching

Genes de enzimas regulados pelo nitratoGenes de enzimas regulados pelo nitrato

Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio

Competição Metabolismo Carbono e Nitrogênio

Metabolism/nmetabolism/carbonacontrolGS

Transcription

Invertase, Gal genes, etc.Alternative carbon source utilization

?

Reg1Glc7

SNF1 Complex: Central role in the glucose signal transduction in yeast

Glucose

HKGlucose

G6P

Ethanol

SNF1SNF4

Mig1

Mig1-P

YEAST CELL Cytoplasm

Nucleus

ATPAMP/ATP

Mechanism of glucose control of SNF1 activity

Sip

RD

KD

T210

Snf4

Reg1

Glc7

SNF1

Sip

RD

T210

Snf4

Reg1

Glc7

KD

PO4

SNF1

High Glucose = SNF1 Inactive Low Glucose = SNF1 Active

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:

AMPKK AMPK-P (SNF1)

HMG-CoAACC

HMG-CoA-PACC-P

AMP 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

HMG-CoA reductase ACC HSL Glycogen synthase

ß-Oxidation of FA( Malonil-CoA CPT)

Glucose PK FAS

Transcriptional Activation

SNF1

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

HMG-CoA reductaseNRSPS

HMG-CoA reductase-PNR -PSPS -P

PRL1 SNF1 Phosphatases

Glucose AMP

Sucrose

SNF1

Sucrose synthase (Transcriptional)

. SNF1: Ser-Thr Kinase

Yeast: essencial for Glucose RepressionMammals: Metabolic Sensor

Glucose ATP + AMP ACTIVATION OF SNF1

Mammals: [ATP] Activ. SNF1 PHOSPHORILATION:

- HMG-CoA Reductase: inactivation: Sterols- Acetil CoA Carboxilase:inactivation: FA

Glicogen Synthase: inactivation: Glycogen

???

ActivationCarnitine-palmitoyl Transferase 1

- Hormone Sensitive Lipase

Plants: Halford Group, 1998: 3 SNF1 Antisense lines: 2 lines: Northern : [mRNA Susy]

1 line: Susy Activity Suc + Leaves: Control: induction of [mRNA Susy]

accumulation Antisense: no induction

No metabolic changes

Conclusions: SNF1 controls accumulation of Susy mRNA Participate in the sucrose signaling

ATP Consuming Pathways

ATP Producing Pathways

Célula do Mesófilo Célula da Bainha

Reações do Ciclo C4: Tipo 1

Dia

Regulação do Ciclo C4: Ativação da PEPC

Noite = InativaDia = Ativa

PPDK (Dicinase do piruvato-ortofosfato)Piruvato PEP

Regulação do Ciclo C4: Desativação da PPDK