Tema 5:

. Metabolismo de las fitoquelatinas Tolerancia y sensibilidad

GLUTATIÓN COMO PRECURSOR DE LAS FITOQUELATINAS (FQ)

. EN LAS PLANTAS CULTIVADAS BAJO ESTRÉS ABIÓTICO EN FORMA DE METALES PESADOS,

GSH ES LA PIEZA REPETITIVA A PARTIR DE LA CUAL SE SINTETIZAN LAS FITOQUELATINAS, PEQUEÑOS PÉPTIDOS QUE PARTICIPAN EN LA DESTOXIFICACIÓN DE ZINC Y CADMIO.

. LAS FQ PARTICIPAN EN LA QUELACIÓN DE CD Y SU ALMACENAMIENTO EN LAS VACUOLAS.

. Las FQ son una familia de péptidos que complejan metales y tienen una estructura general (-Glu-Cys) n- Gly, donde n = 2-11, son rápidamente inducidos en las plantas con tratamiento de metales pesados.

. Los metales pesados son capaces de regular la síntesis de fitoquelatinas, por activación de FQ sintetasa.

. FQ sintetasa se activa primariamente en forma post- traduccional.

. Otros resultados sugieren que la FQ sintetasa sería regulada por metales pesados a nivel de la transcripción.

SINTESIS DE FITOQUELATINAS

- Se observó la movilización de FQ por análisis de espectrometría de emisión atómica y se detectó en raíces, hojas y tallos.

- Con tiempos prolongados de intoxicación (50M Cd) , las FQ disminuían en las raíces.

- Esto se correlaciona con reducidos niveles de GSH, probablemente debido a la menor actividad de GR, proceso que conduce a estrés oxidativo.

- Todos estos fenómenos conducen a cambios fenotípicos en la planta tales como amarronamiento de las raíces y hojas amarillas.

-Entre los procesos de destoxificación que se activan cuando las plantas son expuestas a Cd se destacan:

- la unión del metal a fitoquelatinas

- su compartimentalización en vacuolas

- la inmovilización a nivel de pared celular y

- la exclusión por acción de la membrana plasmática

FACTORES DE ESTRÉS

EXPRESIÓN DE GENES

CASCADA / VÍAS DE SEÑALIZACIÓN

ESTRÉS OXIDATIVO CONTROL REDOX

TOLERANCIA

Tema 6: . Metabolismo del óxido nítrico, su papel en la

bioquímica del estrés

. Enzimas productoras de NADPH

METABOLISMO DEL ÓXIDO NÍTRICOSU PAPEL EN LA BIOQUÍMICA DEL ESTRÉS

•El óxido nítrico (NO) es una ubicua y pequeña biomolécula gaseosa altamente difusible.

•Es una molécula señal muy versátil que funciona a través de interacciones con blancos (targets) celulares ya sea por mecanismos redox o química aditiva.

•En las plantas, NO juega un papel en un amplio espectro de procesos fisiopatológicos y del desarrollo.

•Aunque se ha demostrado la producción de NO dependiente de óxido nítrico sintetasa (NOS) en plantas, es muy reciente el aislamiento de algunos genes que codifican para esta proteína.

•Muchos estímulos ambientales y hormonales son transmitidos directa o indirectamente a través de cascadas de señalización mediadas por NO.

EXISTEN 2 PRINCIPALES MECANISMOS PARA LA PRODUCCIÓN DE NO

EN PLANTAS

Generation and distribution of NO as proposed for the roots and rhizosphere of higher plants. (1) Bacterial nitrification; (2)bacterial denitrification; (3) NO generation in root cells by cytosolic nitrate reductase (cNR) and/ or NO synthase (NOS); (4) NO generation in the root apoplast from nitrate by plasma membrane-bound nitratereductase (PM-NR) and nitrite:NO reductase (NI-NOR); (5) exchangeof NO (probably mainly release from the soil) between the atmosphere and aerial plant organs.

•Además de la producción endógena de NO, se han detectado altas emisiones del mismo en suelos fertilizados, pero sus efectos sobre la fisiología de las plantas aún no se conoce.

Estas especies moleculares son mutuamente interactivas,

constituyendo la principal causa de la complejidad de la

biología de las EA

Propiedades antioxidantes y pro-oxidantes del NO

•Desde el momento en que NO es identificado

como un radical libre, se ha propuesto que tiene

funciones tanto citoprotectoras como citotóxicas.

•La citoprotección se basa en la habilidad de NO

para regular el nivel y toxicidad de EAO. Posee por

sí misma, propiedades antioxidantes.

• Mecanismo químico redox del NO está

relacionado con el medio ambiente redox

provee un mecanismo general para la regulación

de la homeostasis redox celular.

•NO ejercería una acción protectora contra el

estrés oxidativo, cuando es provocado por un en

la concentración:

• de anión superóxido

•peróxido de hidrógeno

• alquil peróxidos

•NO puede atenuar el daño oxidativo producido por

la reacción de Fenton

• la formación de oxidantes al eliminar

hierro

ión

superóxido

• así la formación de radicales hidroxilo.

•NO actuaría como un antioxidante al inhibir

reacciones de lipoperoxidación .

•En plantas se ha visto que NO actúa protegiendo

al vegetal en condiciones de estrés biótico o

abiótico

•Esta protección se observa a diferentes niveles

de organización:

cultivos celulares, tejidos, órganos y en toda

la planta

•Y sobre todo tipo de macromoléculas:

DNA, RNA, proteínas, clorofilas y lípidos

•NO mediaría la activación de enzimas

antioxidantes

y expresión génica de las mismas.

Efectos citotóxicos del NO

VÍAS DE TRANSDUCCIÓN, PROCESAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN DE NO

NO y su relación con las hormonas vegetales

•Auxina, NO y raíz: Se ha demostrado la dependencia del NO en el desarrollo de las raíces adventicias inducido por auxinas.

•ABA, NO y déficit de agua: Se ha demostrado en Pisum sativum y Vicia fava que ABA induce un aumento de los niveles endógenos de NO, esto produce el cierre de estomas, por un proceso dependiente de Ca2+, impidiendo así la evaporación de agua por transpiración.

•La hipótesis es que NO puede regular directamente la endomembrana y los canales de Ca2+, como así también otros canales iónicos.

Etileno, NO y senescencia

•Influencia cada etapa del desarrollo y crecimiento de la

planta, desde la germinación y expansión celular hasta las

respuestas al estrés y maduración de los frutos.

•Las evidencias de la relación entre NO y etileno en la

maduración y senescencia sugiere un efecto antagónico de

ambos gases durante estas etapas del desarrollo vegetal.

•La aplicación exógena de NO extendió la vida post- cosecha

de verduras frescas por inhibición de la producción de

etileno.

•Se ha observado que en el proceso de maduración los niveles

de NO disminuyen y aumenta el etileno.

Rol regulatorio múltiple del NADPH

NADPH: es un dador básico de electrones en numerosas reacciones de biosíntesis y destoxificación.

En células vegetales tiene un importante papel en la protección contra el estrés oxidativo, debido a su intervención en el ciclo ascorbato- GSH. Las NADP- deshidrogenasas pueden por lo tanto ser incluidas en el grupo de enzimas antioxidantes: junto a CAT, SOD, APx, GR y GPx

Tomando en cuenta los parámetros catalíticos de las 3 deshidrogenasas:

• glucosa 6 fosfato deshidrogenasa • málico deshidrogenasa

• isocitrato deshidrogenasa

Esta última puede ser considerada como la enzima con mayor capacidad para reciclar NADPH.

El pool de NADPH es necesario para varios procesos

•Es un cofactor esencial para la actividad de GR, (ciclo GSH-

Asc)

•Así NADPH el nivel de GSH que participa en el control del

estado redox y en la regulación del nivel de H2O2.

•NADPH es estrictamente requerido para la generación de NO

por la óxido nítrico sintetasa (NOS).

•Catalasa es protegida del daño oxidativo por NADPH.

•NADPH citosólico tiene un importante papel en la

importación de proteínas hacia adentro del peroxisoma y la

relación NADPH/NADP+ regularía este proceso.

ENZIMAS PRODUCTORAS DE NADPH

•Los peroxisomas (P) son organelas con membrana simple y un metabolismo esencialmente oxidativo y una morfología simple que no refleja la complejidad de su composición enzimática.

•Las funciones de los P son: fotorrespiraciónbeta- oxidaciónciclo del glioxilatometabolismo de purinas

•Se caracterizan por presentar una plasticidad metabólica ya que su contenido enzimático puede variar según el organismo, el tejido o célula y las condiciones ambientales.

•Estudios preliminares que confirmaron la presencia de SOD en P de plantas, y se encontró en estas organelas, no solo CuZn- SOD sino también Mn-SOD.

•Además encontramos otro tipo de metabolitos como:

- Las purinas: xantina y ácido úrico, esto indica que los P están involucrados en el catabolismo de xantina (producida como resultado del metabolismo de nucleótidos, RNA y DNA).

- Los antioxidantes no- enzimáticos: Glutatión y Ascorbato que contribuyen a regular el estado redox de la organela. Glutatión también podría tener una función adicional como “señal intracelular”.

- Ribosa-5-P producto de la vía pentosa fosfato, catalizada por glucosa 6-P deshidrogenasa y 6 fosfogluconato deshidrogenasa, que también se encuentran localizada en los P.

•La presencia de estos metabolitos en los P indica que estas organelas podrían participar e intercambiar componentes con otras vías metabólicas en otros compartimientos celulares.

•Es importante la comunicación entre diferentes compartimientos celulares a través del flujo de metabolitos.