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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