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Dra. Maria Izabel Gallão


• proteínas ricas em hidroxiprolina (HRPG)

• proteínas ricas em glicina (RGPs)

• proteínas ricas em prolina (PRPs)

• proteínas arabinogalactanas (AGPs)

As proteínas estruturais de parede celular são classificadas em:


• HRGP → floema, câmbio, esclereídeos

• PRP → xilema, fibras, córtex

• GRP → xilema

• AGP → encontradas na parede celular ou associadas à membrana plasmática → apresenta padrões específicos de tecidos e células.


Enzimas

• peroxidases, fosfatases, invertases, α-manosidases, β-manosidases, β-1,4-glicanases, poligalacturonases, pectina metilesterases, arabinosidases, α-galactosidases, β-galactosidases, β-glicoronosidases, β-xilosidases, proteases.


Extensina•As primeiras observações de proteínas com hidroxiprolina na sua constituição foram feitas por Lamport e colaboradores (1960, 1965 e 1969) relacionaram a função de extensibilidade a estas proteínas.

•A extensina é um membro de uma família de proteínas ricas em hidroxiprolina (HRGPs).

•em dico as extensinas são abundantes e geralmente caracterizadas por: são ricas em hidroxiprolinas e serina e algumas combinações do aminoácido valina, tirosina, lisina e histidina.


• em monocotiledôneas são encontradas versões um tanto diferentes.

• p.ex. em milho são encontradas glicoproteínas ricas em hidroxiprolina-treonina (THRGP) e glicoproteínas ricas em hidroxirpolina-histidina (HHRGP), as quais também são ricas em alanina.

• O acúmulo de extensina nas paredes celulares de epicótilo de ervilha em crescimento coincidiu com o interrompimento do alongamento celular.

• O papel exato da extensina no mecanismo de defesa da planta ainda não é claro, mas elas podem atuar como barreira estrutural, fornecendo uma matriz para a deposição de lignina e/ou atuar como aglutininas não específicas de microorganismos patogênicos.


Peroxidases

• É um grupo de proteínas muito estudado as quais podem catalisar as ligações em macromoléculas tais como lignina, proteínas, hemiceluloses e ácido ferúlico.

• Também estão envolvidas na biossíntese de nova parede celular, o que pode ser importante no mecanismo de defesa.

• Existem diferentes tipos de isoenzimas de peroxidases cujo padrão de expressão é específico do tipo de tecido, regulado pelo desenvolvimento e controlado pelos estímulos do meio externo.


• Exo-O-glicosil hidrolases• Atacam oligossacarídeos e polissacarídeos nas extremidades não

redutoras, liberando monossacarídeos e em alguns casos dissacarídeos.

• Endo-O-glicosil hidrolases• As endo-glicanases atacam polissacarídeos em qualquer posição

exceto nas extremidades ou próximo às extremidades.• podem ter um imediato e grande impacto sobre o peso molecular

dos polissacarídeos.• enzimas muito estudadas no amadurecimento de frutos mas são

encontradas em outros tecidos.

• Ex: as celulases → são encontradas em muitos tecidos, inclusive em tecidos em crescimento, amadurecimento de frutos, e na abscisão de órgãos.

• Outros ex: → endo-glucanases → xilanases, pectinases (endo-poligalactoronases) mananases.

• Endo-(1-3)-β-D-glucanases e quitinases → provavelmente ataquem polissacarídeos de microorganismos invasores.


Endotransglicosilases-Afrouxamento da parede;

-Interação entre novas xiloglucanas na parede;

-Cortar filamentos de xilog. que não estejam firmemente presos na superfície da celulose;

- amadurecimentode frutos;

- hidrólise de xilogl.

XTH – xiloglucana endotransglicosilase/hidrolase


Uma enzima bastante estudada é a XET (xiloglucano endotransglicosilase) que pode ser facilmente extraída de tecidos vegetais.


• A atividade da XET é alta em caules em crescimento mas é também encontrada em raízes, folhas e em alguns frutos e células vegetais em cultura.

• glicoproteína com peso molecular de 33.000.


• Outra enzima com atividade da XET foi purificada a partir de sementes de T.majus.

• Os cotilédones desta planta armazena xiloglucano como reserva de carbono o qual é mobilizado durante a germinação.

• A enzima a partir destas sementes difere da XET de caules em crescimento no qual pode catalizar uma transglicosilação e também hidrolizar xiloglucano, dependendo da concentração do substrato.


Expansina

• Uma das possibilidades e mais aceita é a atuação da expansina sobre ligações não covalentes.

• Esta idéia é muito atraente uma vez que os polímeros da parede celular são mantidos por pontes de hidrogênio, uma ligação não covalente.

• Mais especificamente a rede de celulo-hemicelulose.


• Para determinar se a expansina atua sobre as pontes de H entre as microfibrilas de celulose e as hemicelulose os pesquisadores McQueen-Mason e Cosgrove (1994) através medidas com extensometros e relaxamento de extresse, mostraram que as propriedades do papel de filtro Whatman número 3 enfraquecia quando em presença de uma solução de expansina.


• Alongamento da Parede Celular


• A capacidade da parede celular 1ª em responder ao crescimento celular e morfogênese só é possível devido a grande tendência que esta parede celular possui em alterar sua forma.

• Resistência da célula vegetal na ingestão de água em resposta aos gradientes osmóticos, demonstra a força que a parede celular 1ª apresenta.


• - a orientação da deposição das microfibrilas muda durante o desenvolvimento.

• - inicialmente as microfibrilas são depositadas ao acaso (isotropicamente).

• - de tal maneira que a célula pode se expandir em todas as direções.

• - como as células amadurecem muitas microfibrilas são depositadas lateralmente, restringindo o crescimento lateral mas permite o crescimento em comprimento.


• Os protons são os fatores primário do afrouxamento da parede (hipótese do crescimento ácido). Esta teoria foi proposta pela primeira vez em 1970 por David Rayle e R. Cleland.

• Pontos que fortalecem esta teoria:– Os tampões ácidos estimulam uma resposta rápida e

alongamento até 5-15 min em tecidos não vivos (Evans,1974);

– A secreção ácida está associada com locais de alongamento celular (see Evans & Mulkey, 1981);

• Fusicocina, um diterpeno glycoside extraído de fungos, estimula a secreção e prótons (ativa a bomba H+/K+) e estimula o alongamento.


• O efeito ácido é induzido pelo ácido 3 indoleacético (IAA, auxina), um dos maiores hormônios vegetais.

• A auxina estimula a excreção de prótons e o crescimento/alongamento.

ABP – auxin-binding proteins


• Expansina – aparece como a proteína primária do afrouxamento da parede.

• outras enzimas incluídas são:

– pectina metil esterase as quais podem quebrar as ligações de Ca+ entre as pectinas pela esterificação dos grupos carboxil;

– hidrolases – as quais podem hidrolizar as ligações cruzadas entre as glucanas (hemiceluloses) – p.ex.: xiloglucanoendotransglicosilase (XET) tem sido observado para clivar as ligações cruzadas das glucanas as quais podem permitir o delizamentos dos componentes da parede.


• A parede é fechada após a sua expansão ter se completado – uma vez o alongamento da célula ter cessado é necessário que ela se feche nos pontos. Isto provavelmente é auxiliado pelas ligações temporárias que são quebradas, e devido a um aumento da interação (incluindo enzimática) entre as moléculas da parede.


Além da orientação das microfibrilas de cellulose, as paredes maduras aparentemente perdem a sua capacidade e expandir, os componentes da parede tornam-se resistentes às atividades de afrouxamento.


• As atividades de afrouxamento estariam comprometidas se aumentassem a ligações cruzadas entre os componentes da parede durante a maturação.

• Isto poderia resultar a partir de:• a produção de polissacarídeos na forma que produziriam

complexos fortes com a celulose e outros matérias.

• O aumento de lignina na parede poderia causar um aumento das ligações cruzadas entre os polímeros.

• A desesterificação das pectina ácidas poderia aumentar a ligações com o cálcio.


Mecanismo de defesa

• As plantas são organismos sedentários e como tais são alvos fáceis para predadores e patógenos.

• Durante a evolução muitas barreiras de defesa tem sido selecionadas e assim permitindo umas parcial ou total proteção contra invasores e consequentemente a sobrevivência das plantas.

• Estas defesa são representadas por componentes estruturais das células e por toxinas as quais são metabólitos secundários e inibidores de proteínas.


• as próprias células constituem barreiras naturais ao ataque das plantas aos patógenos.

• Os sistema radicular é protegido por tecido epidérmico rico em celulose, substâncias que, juntamente com os derivados pécticos e hemiceluloses, recobre também espaços intercelulares.

• A epiderme dos caules verdes, folhas e frutos contém uma película externa composta por cutina e ceras, denominada cutícula.

• Celulose, cutina e substâncias cerosas são materiais de alta estabilidade química e de degradação relativamente difícil.

• Os troncos e os galhos de árvores são recobertos por tecido corticoso, dotado principalmente de suberina, capaz de resistir à ação degradativa de um grande número de diferentes microrganismos.


• Papilas alteração na parede celular em resposta á penetração ou tentativa de penetração por microrganismos.

• Forma-se na face interna da parede celular abaixo do ponto de penetração de fungos e em resposta a algumas bactérias.

• Nas papilas, lignina, polifenóis, calose suberina e celulose formam barreiras visco-elásticas contra a força mecânica de penetração exercida pelo patógeno.

• Calose polissacarídeo constituído de moléculas de glicose unidas por ligação β-(1-3).

• Lignificação e suberificação células com parede lignificada são mecanicamente mais rígidas e mais resistentes à degradação por enzimas secretadas por patógenos.

• Reação de hipersensibilidade, ou seja, a morte rápida de células da hospedeira em torno do ponto de penetração do patógeno.


Células de Cana cultivadas em suspensão


• Peroxidases redução do H2O2, gera radicais livres do álcool coniferil, que, espontaneamente, por ligações cruzadas, forma lignina.

• A lignificação pode ser identificada pelo aumento das enzimas PAL, peroxidases e outras enzimas relacionadas com a via dos fenilpropanoídes.

• Suberização também é dependente de peroxidase e da PAL.• Alguns patógenos podem inibir enzimas envolvidas na síntese de suberina

entre elas a PAL.

• Glicoproteínas de parede ricas em hidroxiprolina estas proteínas também fortalecem a parede celular restringindo a invasão do patógeno.

• O acúmulo estas proteínas, induzido por elicitores fúngicos, ocorre somente em variedades resistentes.

• A produção compostos fenólicos pode contribuir para a proteção da célula através do aumento da sua concentração a níveis tóxicos.

• Entre as respostas de defesa pós-infecção, as fitoalexinas são as mais envolvidas da defesa de plantas cultivadas contra microrganismos patogênicos.


Células de Citrus cultivadas em suspensão


• Fitoalexinas são moléculas lipofílica, possuem pequeno peso molecular.

• São produzidas justamente no ponto de infecção, porém, um mensageiro sistêmico predispõe toda a planta a produzir rapidamente a fitoalexina.

• Gliceolina – soja• Pisatina – ervilha• Faseolina – feijão


• Os elicitores são moléculas responsáveis pela indução de substancia do mecanismo de defesa das células vegetais.

• alguns componentes da parede celular podem ter função elicitora e induzir a síntese de lignina monômeros de substâncias pécticas alguns fungos produzem pectinase leva a degradação de pectinas estimula a produção de lignina.

• Podem ser exógenos ou endógenos.• Exógenos são compostos derivados do patógeno, tais como proteínas,

glicoproteínas, vários oligossacarídeos e ácidos graxos insaturados.

• Enzimas pectolíticas produzidas pelos patógenos liberam uma fração péctica da parede celular da hospedeira e estas funcionariam como elicitores endógenos, ou seja, oriundos da própria hospedeira.

• As plantas podem produzir quitinases enzimas capazes de degradar a quitina da parede celular dos fungos e com isso liberar elicitores.

• O tamanho dos fragmentos e a sua concentração são muito importante para ser efetivo no mecanismo de defesa.

• Em um cultivar suscetível, o elicitor não é liberado na forma adequada a lignificação não ocorre.


• Oligossacarinas fragmentos biologicamente ativos de 10 a 15 resíduos, resultantes da degradação da parede celular

• Podem estar envolvidas em respostas naturais de desenvolvimento e em respostas defensivas.

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