Aula 3: Receptores de luz em plantas e fotomorfogênese

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Ivan Leal Coelho
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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO PÓLO AVANÇADO DE XERÉM GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA CURSO FISIOLOGIA VEGETAL(XBT355) TURMA 2014/1 Aula 3: Receptores de luz em plantas e fotomorfogênese Prof. Dr. Silas Pessini Rodrigues Rio de Janeiro, 18 de fevereiro de 2014

2 Como as plantas interagem com o ambiente para regular o seu desenvolvimento?

3 Grandes grupos de receptores de luz em plantas Fitocromos Zeaxantina Fototropinas Criptocromos

4 Tópicos da aula Efeitos da luz no crescimento vegetal Caracteristicas estruturais principais efeitos ddo fitocromo, criptocromo, fototropinas e zeatina

5 Algumas sementes precisam de um tratamento de luz para iniciarem o processo germinativo Escuro Luz Sementes de alface

Fitocromos: receptores de luz vermelha http://plantphys.info/plant_physiology/phytochrome.

6 Fitocromos: receptores de luz vermelha Vermelho: nm Ligação tioéter Cromóforo tetrapirrol Linear fotocromobilina Apoproteína 125 kda Cromóforo + apoproteína = holoproteína Fitocromo = dímero de 250 kda

7 Espectro de absorção do fitocromo = ~ 660 nm = ~ 730 nm

A fotocromobilina absorve luz vermelha e sofre um rearranjo estrutural Vermelho (650-680 nm)

8 A fotocromobilina absorve luz vermelha e sofre um rearranjo estrutural Vermelho ( nm) Vermelho-distante ( nm) Luz vermelha causa: Isomerização cis-trans no C15/C16 Rotação C14/C15

9 A relação vermelho/vermelho extremo dita o equilíbrio das formas ativa e inativa do fitocromo Vermelho ( nm) Forma ativa! Escuro Vermelho-distante ( nm)

10 Equilíbrio fotoestacionário do fitocromo

11 Aonde o fitocromo pode ser encontrado na planta?

12 Tipos de respostas induzidas por fitocromos 1) Eventos bioquímicos rápidos 2) Alterações morfológicas lentas Lag time: tempo entre o estímulo e a resposta Escape da fotoreversibilidade: tempo em que uma resposta pode ser revertida com um tratamento de luz vermelho-distante.

13 As respostas do fitocromo são dependentes da quantidade de luz Fluência: quantidade de luz µmol m -2 indica quantidade Irradiância ou taxa de fluência fluência/tempo Intensidade luz emitida por um objeto Lei da reciprocidade: A magnitude da resposta depende da taxa de fluência e do tempo de irradiação

14 As respostas do fitocromo são dependentes da quantidade de luz

15 Exemplo de LFR: fitocromo ativa a germinação de sementes de alface Resposta celular/molecular precisa de uma quantidade muito pequena de Pfr irreversível pelo FR Relevância ecológica uma pequena exposição à luz ativa a germinação

Crescimento etiolado ocorre quando as plantas iniciam o crescimento na auxência de luz http://www4.uwsp.

16 Crescimento etiolado ocorre quando as plantas iniciam o crescimento na auxência de luz Características: auxência de clorofila folhas mais extreitas folha enrolada alongamento da plântula Luz Escuro

17 Fitocromos promovem o crescimento de-etiolado Quail P.H., Phytochrome photosensory signalling networks. Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 85-93, Características: Inibição do alongamento celular no hipocótico Estímulo à expansão das células dos cotilédones Indução do desenvolvimento de cloroplastos

18 Passos principais no mecanismo de ação do fitocromo Ex.: genes do Lhcb Smith, H., Nature 400, , 1999

19 Grandes grupos de receptores de luz em plantas Fitocromos Zeaxantina Fototropinas Criptocromos

20 Respostas de plantas à luz azul 1) Inibição do alongamento do caule (hipocótilo) 2) Fototropismo 3) Movimentos foliares em direção ao sol 4) Movimentos de cloroplastos 5) Movimentos estomáticos

Espectro de ação das respostas à luz azul Azul: 400-500 nm

21 Espectro de ação das respostas à luz azul Azul: nm Padrão de três-dedos característico de receptores de luz azul

22 Proteína 75 kda + pterina (cromóforo) Proteína codficada por 2 genes: CRY1 e CRY2 Não se sabe se a pterina absorve luz transfere para o FAD ou se o FAD absorve luz diretamente Criptocromos

23 Criptocromos: inibição do alongamento do hipocótilo Spalding & Cosgrove, Planta. 1989;178: A)Luz azul causa uma redução na taxa de crescimento em pepino A B)Despolarização transiente da membrana de células do hipocótilo B Inibição do crescimento Receptores de azul: sec Fitocromo: 8-90 min

24 Criptocromos: outras funcões 1. Inibe o alongamento do hipocótilo 2. Promove a expansão do cotilédone 3. Promove o alongamento do pecíolo da folha 4. Induz a síntese de antocianinas 5. Participa do ciclo circadino em plantas

25 Fototropinas Estrutura de uma fototropina N- -C

Modelo do domínio LOV2: interação com FMN http://www.

26 Modelo do domínio LOV2: interação com FMN FMN: Flavina mononucleotídeo cromóforo

27 Fototropinas: Fototropismo É uma resposta fotomorfogênica Gradientes de luz são utilizados para indicar a direção da fonte luminosa Ocorre em órgãos em desenvolvimento

28 Fototropismo: fototropinas x ação da auxina

29 Fototropinas: movimentos de cloroplastos A-D: célula exposta à luz azul E: localização de microtúbulos (MT) e filamentos de actina (AF) Takagi S J Exp Biol 2003;206:

30 Fototropinas: outras funcões 1. Fototropismo 2. Movimento de cloroplastos 3. Expansão foliar 4. Inibição do alongamento do hipocótilo 30 seg. após estímulo luminoso fototropinas causam uma inibição forte do crescimento etiolado que é mantido pelos criptocromos e fitocromos

31 Zeaxantina Caroteno do grupo das xantofilas Controla a abertura de estômatos Absorve luz verde/azul sofre isomerização causa alterações na membrana em que está inserida leva a transdução de sinal

32 Constructore UFRJ 1

33 Melhoramento Genético e OGMs 3 2

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