AUXINAS

Hormônios de crescimento

Introdução Hormônios vegetais ou fitormônios: substâncias produzidas

pelas plantas que geralmente em baixas concentrações causam respostas fisiológicas.

Reguladores de crescimento são substâncias sintéticas que atuam como hormônios.

Auxinas foram o 1º grupo a ser descoberto. Final do séc. XIX, Charles Darwin observou curvaturas de

plântulas de gramíneas em resposta à iluminação lateral. Substância produzida nos ápices difundia-se de coleóptilos para

blocos de Agar. Auxina foi a denominação proposta por Frits Went (1926-

Holanda). Palavra de origem grega, auxein, que significa crescer ou

aumentar. 1946 deu-se isolamento e caracterização química do ácido indolil

-3- acético (AIA), auxina natural mais ativa de plantas.

Coleóptilos

Peter Boysen-Jensen- Fisiologista dinamarques

Arpad Paál - Hungria

Frits Warmolt Went-Fisiologista holandês

Biossíntese de AIA- ácido indolil-3-acéticoPrecursores

1) Aminoácido triptofano.

2) Indol-3-glicerol fosfato ou indol.

Locais de síntese:

Meristema apical caulinar.

Folhas jovens.

Frutos jovens e sementes.

Pouco em ápices radiculares.

GUS- gene que codifica a enzima Beta-Glucuronidase, que não ocorre em plantas.

Esse gene foi clonado ao promotor de um gene SAUR cuja expressão ocorre em locais com alta concentração de auxinas e sua expressão é dose-dependente.

Dessa forma, ele indica onde há auxinas.

A Beta-Glucuronidase, pode ser histoquimicamente marcada com corantes.

5-Bromo-4-chloro-1H-indol-3-yl β-D-glucopyranosiduronic acid

Biossíntese de auxinas a partir de triptofano

Outras auxinas naturais menos ativas que AIA. Ácido 4- cloro-indol-3-acético Ácido fenilacético Ácido indolil- 3- butírico (AIB)

Auxinas sintéticasAuxinas sintéticas

Transporte de auxinas

Transporte pode ser polar basípeto, ou seja, do ápice para a base da planta.

Ou acrópeto, do ápice radicular para o córtex radicular

Pode ocorrer de célula a célula e/ou via floema.

Nos caules, folhas e raízes pode ocorrer no parênquima vascular e através do floema.

Transporte polar em hipocótilos

Transporte polar de auxinas -Modelo quimiosmótico do transporte

As H+ ATPases de membranas celulares geram gradiente eletroquímico através da membrana.

Hidrolisam ATP e H2O.

Fazem o bombeamento de prótons H+ para paredes celulares (pH 5,0) e OH- para citosol (pH 7,0).

Parede celular

pH 5,0

Citosol

pH 7,0

AIA é um ácido fraco e lipofílico.

Nas paredes celulares predomina AIAH (protonado) devido ao pH

ao redor de 5,0.

No citosol, grande parte é AIA¯ (aniônico) devido ao pH ao redor de

7,0

AIAH entra na célula por duas vias:

1) Pela difusão simples.

2) Pelo co-transporte com H+ mediado pelas proteínas AUX

transportadoras de AIA, também chamadas de permeases.

Neste caso, usa o transporte ativo secundário.

AIA sai da base celular via proteína transportadora de efluxo PIN

(pin shaped inflorescences, isolada de Arabidopsis).

PIN

Na parede celular da parte apical da célula, ocorre o co-transporte de AIA junto ao HH++, pelos carregadores AUX ou pela difusão.

O AIA¯ sai da parte basal do citoplasma através das proteínas carregadoras PIN.

Proteínas PIN não são fixas na

membrana.

São transportadas para

compartimentos celulares.

Retornam à membrana quando

necessárias.

Seu movimento é dirigido pelo

citoesqueleto de actina.

Redistribuição lateral de PIN

ocorre após estímulos luminosos

ou de gravidade.

Mutantes de Arabidopsis pin1 apresentam falhas na produção de

proteína PIN.

Ausência de distribuição lateral de PIN.

Transporte de AIA é apenas basal.

Meristema apical da inflorescência tem haste desprovida de

órgãos florais devido ao bloqueio no transporte lateral de

auxinas.

Auxinas atuam na sinalização de eventos para organogênese

de meristema apical de inflorescência.

Haste floralSem inflorescência

Anatomia de raízes

Localização das proteínas AUX 1 em raízes por imunolocalização

As proteínas AUX localizam-se na columela, na parte lateral da coifa e nos tecidos do estelo .

Evidência do transporte polar de auxinas

Base caulinar

MODO DE AÇÃO DAS AUXINAS

Auxinas são substâncias lipofílicas. Têm a capacidade de atravessar membranas celulares por

difusão ou carregadores. Moléculas de auxinas precisam apresentar anel aromático para ter

atividade. Devem se ligar a um receptor protéico nas membranas. Proteínas receptoras de auxinas são chamadas de ABP

(proteínas ligadoras de auxina) e proteínas Rx. Há três sítios celulares de receptores: RE, membrana

plasmática e tonoplasto. Maior parte ocorre no RE. ABP1 tem alta afinidade e causa expansão celular. Rx tem baixa afinidade e causa divisão celular.

RECEPTORES DE AUXINAS

PRINCIPAIS EFEITOS FISIOLÓGICOS DE AUXINAS

Ativação de divisão celular.

Indução de crescimento celular por alongamento e expansão.

Indução de diferenciação celular.

Diferenciação de tecidos vasculares.

Desenvolvimento radicular e indução de enraizamento.

Fototropismo e gravitropismo (ou geotropismo).

Desenvolvimento de flores e frutos.

Controle de abscisão foliar.

Manutenção de dominância apical .

DIVISÃO CELULAR Auxinas + citocininas causam proliferação celular de tecidos de folhas,

raízes , caules e gemas no cultivo “in vitro”. Auxinas isoladas causam produção de calos “ in vitro” . Auxina aumenta atividade de CDK/a (quinase a dependente de ciclina)

ativada por ciclina D3 na transição de G1 para S.

Ciclina D3 (CYC/D3) é ativada por citocininas.

Ativação

CDK/a , CYC/D3

CRESCIMENTO CELULARMECANISMOS DE ALONGAMENTO CELULAR

Para a célula expandir deve ocorrer afrouxamento das paredes

celulares, por ativação enzimática.

E diminuição de Ψ celular pelo aumento de micromoléculas

solúveis.

Ocorre relaxamento de estresse ou seja, redução da pressão

hidrostática celular (ou do potencial de pressão Ψ p) e de potencial

hídrico (Ψ celular).

Ψ celular fica mais negativo.

Isto causa aumento da absorção de água que auxilia a

vacuolização celular.

Estímulo de alongamento celular em segmentos de coleóptilos de aveia

Hipótese do crescimento ácido: acidificação de paredes celulares

Ação de auxinas

AIA causa ativação de H+ ATPases da membranas

celulares.

Ou

Síntese de novas H+ ATPases nas membranas

celulares.

Modelo de ativação de H+ ATPase de membrana plasmática

Ativação ou síntese de ATPases

ATIVAÇÃO

SÍNTESE

Consequências do abaixamento de pH de paredes celulares

Ativação de hidrolases de parede celular: celulases, hemicelulases,

glucanases e pectinases.

Hidrólise de polímeros de parede: celuloses e hemiceluloses.

Deslizamento de polímeros da parede celular.

Produção e ação de proteínas expansinas que quebram pontes H

entre microfibrilas de celulose e hemicelulose.

Aumento de absorção de água e de solutos, principalmente K+.

Em coleóptilos de milho há aumento de 5 a 7 X na expressão de

genes de canais de K+ triplicando os canais e aumentando K+

celular.

Crescimento de caules e hipocótilos estimulado em

concentrações de 10-6 a 10-5 M de AIA.

PAREDE CELULAR –CÉLULAS DE GAMETÓFITOS DE Acrostichum danaeifolium Langsd. , Fisch. (Polypodiopsida, Pteridaceae)

Aumento de K+

Aumento de absorção de água

Aumento de potencial de pressão

Diferenciação radicular e de tecidos vasculares

Auxinas podem ser transportadas dos meristemas apicais caulinares para raízes.

Ocorre também síntese de auxinas nos ápices de raízes. Raízes laterais são formadas a partir de células do periciclo

sensíveis às auxinas. Primórdio radicular atravessa córtex e emerge pela epiderme. Crescimento de raízes é estimulado em concentrações de 10-

10 a 10-9 M de AIA e inibido em concentrações maiores. Raízes adventícias formam-se em caules ou pecíolos devido ao

estresse (via etileno), como por exemplo, alagamentos. Células sofrem desdiferenciação. Entram no ciclo celular, sofrem divisão e diferenciação com

formação de um novo meristema radicular.

Indução de raiz lateral

Diferenciação de tecidos vasculares: auxinas produzidas nos meristemas caulinares apicais e citocininas produzidas nos meristemas apicais de raízes induzem diferenciação de xilema e floema.

Estímulo do enraizamento de estacas caulinares/foliares.

Auxinas estimulam enraizamento caulinar. Raízes adventícias são formadas no periciclo caulinar.

500 mg L-1 1000 mg L-1 2000 mg L-1 4000 mg L-1

Indução de tecido vascular

Diferenciação de raízes em cultura de tecido.

Crescimento de raízes estimulado com 10-10M e 10-9 M de AIA e inibido a partir de 10-8 M, possivelmente devido à síntese de etileno.

Folha

caloraiz

                     

Fototropismo

Fototropismo é a curvatura de caules e coleóptilos em direção a um

estímulo luminoso.

Ocorre transporte assimétrico de AIA em resposta ao estímulo

luminoso lateral.

A concentração de AIA torna-se maior no lado mais sombreado,

que cresce mais.

Evidência de distribuição lateral de auxinas pelo estímulo luminoso

• Luz azul é absorvida pelas fototropinas (flavoprotéinas autofosforiláveis) que causam transporte assimétrico de auxinas.• Isso gera maior crescimento no lado sombreado, onde há mais

AIA.

Gravitropismo ou geotropismo

Acúmulo de AIA na zona de alongamento da raíz.

Em raízes na posição horizontal auxinas da coifa migram para

parte inferior.

Proteínas PIN3 acumuladas no lado inferior aumentam transporte

de AIA.

Aumentos de concentração de AIA causam inibição de

crescimento celular em raízes.

Gravitropismo ou geotropismo

Teoria da tensogridade - integridade tensiva Raízes possuem na coifa, células especiais, os estatocitos com

estatolitos (grãos de amido móveis) que percebem a orientação

gravitacional.

Sedimentação de estatolitos causa rompimento de citoesqueleto,

mudança da tensão sobre RE, acúmulo de proteínas PIN 3 e

canais de Ca2+ na membrana.

Ocorrem alterações de atividades celulares.

Raízes crescendo verticalmente - PIN3 tem distribuição uniforme nas

células da columela e AIA também.

Partes aéreas (caules e ramos) – têm bainha de amido circundando

tecidos vasculares, que se orienta conforme a gravidade.

Dominância apical

Dominância apical é a inibição do crescimento das gemas axilares

pelo meristema apical.

Bloqueio de divisão celular e alongamento celular nas gemas axilares.

Auxinas produzidas pelos meristemas apicais caulinares bloqueiam a

divisão celular das gemas axilares.

Parece haver a ativação de genes envolvidos com inibição de divisão

celular.

A remoção da gema apical reduz os níveis de auxinas e as gemas

axilares se desenvolvem.

Em plantas intactas, as gemas axilares não se desenvolvem.Quando o ápice é removido, as gemas axilares crescem.Quando auxina em lanolina é colocadaNo ápice, as gemas axilares não desenvolvem

Crescimento de frutos e indução de floração Indução de crescimento de frutos: ex: morango.

a) Fruto normalb) Fruto com remoção de aquêniosc) Fruto com remoção de uma fileira de aquênios

Promoção de floração em bromeliáceas. Promoção de flores femininas em plantas dióicas (via etileno), em cucurbitáceas, por

exemplo. Auxinas estimulam a síntese de etileno

Referências bibliográficas consultadas

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Koogan, 452p.

Raven, P.H., Evert,R.F. & Eichhorn, S.E. 2001. Biologia

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