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ISSB 0104-6187

Novembro, 98

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Protenas de Choque Trmico e Tolerncia a Altas

Temperaturas em Plantas

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria

Agrobiologia

Ministrio da Agricultura e do Abastecimento

Documentos

Nmero, 80

Repblica Federativa do Brasil

PresidenteFernando Henrique Cardoso

Ministrio da Agricultura e do Abastecimento

MinistroFrancisco Turra

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria - Embrapa

Diretor PresidenteAlberto Duque Portugal

DiretoresElza ngela Battaggia Brito da Cunha

Dante Daniel Giacomelli ScolariJos Roberto Rodrigues Peres

Chefias da AgrobiologiaChefe Geral: Maria Cristina Prata Neves

Chefe Adj. De Pesq e Desenvolvimento: Sebastio Manhes SoutoChefe Adjunto Administrativo: Vanderlei Pinto

DOCUMENTO N 80 ISSN 0104-6187

Novembro 98

Protenas de Choque Trmico e Tolerncia a Altas

Temperaturas em Plantas

Jean Luiz Simes de Arajo

Mrcia Margis-Pinheiro

Norma Golvea Rumjanek

Seropdica RJ

1998

Exemplares desta publicao podem ser solicitadas :

Embrapa..AgrobiologiaCaixa Postal: 7450523851-970 Seropdica RJTelefone: (021) 682-1500Fax: (021) 682-1230E-mail: sac@cnpab.embrapa.br

Expediente:Revisor e/ou ad hoc: Avlio Antnio Franco e Jos Ivo BaldaniNormalizao Bibliogrfica/Confeco/Padronizao: Dorimar dos Santos Felix e/ou Srgio Alexandre Lima

Comit de Publicaes: Sebastio Manhes Souto (Presidente) Johanna Dbereiner Jos Ivo Baldani Norma Gouva Rumjanek Jos Antonio Ramos Pereira Paulo Augusto da Eira Dorimar dos Santos Felix (Bibliotecria)

ARAJO, J.L.S. de; MARGIS-PINHEIRO, M.; RUMJANEK, N.G. Protenas de

Choque Trmico e Tolerncia a Altas Temperaturas em Plantas.

Seropdica: Embrapa Agrobiologia, nov. 1998. 27p. (Embrapa-CNPAB.

Documentos, 80).

ISSN 0104-6187

1. Planta. 2. Protena. I. Margis-Pinheiro, M., colab. II. Rumjanek, N.G., colab. III.

Embrapa. Centro Nacional de Pesquisa de Agrobiologia (Seropdica, RJ). IV.

Ttulo. V. Srie.

CDD 630

S U M R I O

RESUMO ..........................................................................................................................4

INTRODUO .................................................................................................................5

ESTRESSE TRMICO E AS PROTENAS HSPS.......................................................6

ALTAS TEMPERATURAS E REGULAO DA EXPRESSO DOS GENESDAS HSPS EM PLANTAS .............................................................................................8

CLASSIFICAO E OCORRNCIA DAS HSPS ........................................................9

CARACTERIZAO DAS HSPS ................................................................................13

FUNO DOS PRINCIPAIS GRUPOS DE HSPS.....................................................14

AQUISIO DE TERMO-TOLERNCIA PELAS PLANTAS ..................................16

ALGUMAS CONSIDERAES RELACIONADAS AOS MTODOS PARAAVALIAO DA SNTESE DE HSPS ........................................................................18

CONSIDERAES FINAIS..........................................................................................20

REFERNCIAS..............................................................................................................20

4

Protenas de Choque Trmico e Tolerncia a Altas

Temperaturas em Plantas

Jean Luiz Simes de Arajo1

Mrcia Margis-Pinheiro2

Norma Golvea Rumjanek3

Resumo

As plantas so submetidas freqentemente a diferentes estresses

ambientais. Em condies tropicais, o estresse provocado pelas altas

temperaturas tm merecido destaque, principalmente devido os efeitos

deletrios em processos vitais para o desenvolvimento vegetal e

consequentemente diminuio dos nveis de produtividade. A resposta ao

choque trmico uma das respostas mais conservadas entre os eucariontes

sendo caracterizada pela induo de um grupo de genes especficas, que

codificam protenas denominadas protenas de choque trmico (HSPs), em

detrimento das protenas sintetizadas em condies normais. Apesar de no

ter sido ainda totalmente elucidado o possvel papel bioqumico de algumas

HSPs, numerosas evidncias apontam que existe uma correlao entre a

presena das HSPs e a aquisio de termo-tolerncia em diversas espcies

de plantas. Entretanto, h necessidade do melhor entendimento dos

mecanismos envolvidos na resposta a altas temperaturas, para a seleo e/ou

melhoramento de gentipos com capacidade de tolerar esse estresse

ambiental. A partir do momento que os genes envolvidos com essa

caraterstica sejam conhecidos, h atualmente, a possibilidade de

transferncia de genes entre diferentes espcies e desta forma introduzir genes

1 Bolsista de Ps-Graduao, Embrapa Agrobiologia.2 Professora adjunto Laboratrio de gentica Molecular Vegetal, Departamento de Gentica,Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro.3 Pesquisadora Ermbrapa Agrobiologia, Caixa postal 74505, Cep 23851-970, Seropdica-RJ.

5

exgenos e/ou alterar a expresso dos genes endgenos, de forma a manter

os nveis de produtividade, mesmos em condies de estresses como altas

temperaturas.

Introduo

O estresse promovido por temperaturas elevadas pode ocasionar

inmeras alteraes bioqumicas e metablicas a clula incluindo: inativao

enzimtica em diversas vias metablicas, reduo da atividade fotossinttica

no cloroplasto e dinumuio da fororilao oxidativa na mitocndria. Em

plantas, os dois maiores stios de danos decorrentes das altas temperaturas

so o cloroplasto e a mitocndria (Blum, 1988, citado por Vierling & Nguyen,

1990). Muitas reaes do processo de fotossntese e respirao esto

associadas com as membranas dessas organelas; a sntese de ATP, por

exemplo, est diretamente relacionada com o transporte unidirecional de

prtons atravs do sistema de membranas (Brauer et al., 1991). Assim, quando

o tecido danificado, a permeabilidade da membrana aumenta, alterando a

difuso de eletrlitos (Chen et al., 1982), o que resulta em uma diminuio no

rendimento da sntese de ATP. Alm do efeito sobre a membrana, a inativao

enzimtica decorrente da exposio a altas temperaturas tem sido considerada

responsvel pela reduo do crescimento da planta (Levit, 1980, citado por

Chen et al., 1982) A conformao estvel das protenas resultado da soma

de um grande nmero de interaes fracas no covalentes incluindo pontes de

hidrognio, foras de van der Waal, ligaes inicas e interaes hidrofbicas.

Todas estas interaes so afetadas de maneira complexa por condies

ambientais, incluindo altas temperaturas, determinando a desnaturao e a

degradao enzimtica e consequentemente, provocando alterao ou perda

da atividade cataltica (Daniel et al., 1996).

O impacto provocado por altas temperaturas em processos complexos

como a fotossntese e respirao, dependente do gentipo da planta e

condies de cultivo (Chaisompongpan et al., 1990). As plantas adaptadas a

regies com diferentes regimes de temperatura, apresentam considerveis

alteraes na fotossntese, fluidez das membranas, estatus de gua, resposta

6

estomatal, fertilidade do plen e sntese de protenas diante das alteraes do

regime trmico (Heuss-LaRosa et al., 1987). Alm disso, de maneira geral

dificilmente o estresse provocado por altas temperaturas ocorre de maneira

isolada em condies de campo, pelo contrrio, freqentemente est associado

com o estresse hdrico, o que acarreta uma diminuio da evapotranspirao e

consequentemente elimina um dos principais mecanismos atravs do qual a

planta diminui a temperatura da folha (Blum, 1985; Howarth & Ougham, 1993).

Assim esses fatores associados resultam na intensificao dos efeitos

deletrios decorrentes das altas temperaturas (Trolinder & Shange, 1991).

O presente trabalho tem como objetivo apresentar as diversas

contribuies feitas nos ltimos anos, relacionadas aos aspectos bioqumicos e

moleculares da resposta a altas temperaturas nos vegetais, bem como

caracterizar os principais grupos de protenas envolvidos nesta resposta e

traar um perfil das principais linhas de trabalhos que vm sendo

desenvolvidas nesta rea.

Estresse Trmico e as Protenas HSPs

A resposta celular frente a estresses ambientais, como metais pesados,

infeco por patgenos, altas ou baixas temperaturas, anaerobiose, estresse

salino, deficincia hdrica, est intimamente relacionada com alteraes no

padro de expresso gnica e sntese de protenas especficas. Entretanto,

no obstante o elevado grau de conservao da resposta, h especificidade de

sntese protica de acordo com o tipo de estresse; por exemplo, determinadas

protenas sintetizadas durante estresse trmico no so induzidas por estresse

oxidativo provocado por oznio (EcKe

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