Transcript sacarose
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