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Tema 5:. Metabolismo de las fitoquelatinas Tolerancia y sensibilidad.

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1 Tema 5:. Metabolismo de las fitoquelatinas Tolerancia y sensibilidad

2 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.

3 . 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.

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5 -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 (50 M 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.

6 -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

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8 FACTORES DE ESTRÉS EXPRESIÓN DE GENES CASCADA / VÍAS DE SEÑALIZACIÓN ESTRÉS OXIDATIVO CONTROL REDOX TOLERANCIA

9 Tema 6:. Metabolismo del óxido nítrico, su papel en la bioquímica del estrés. Enzimas productoras de NADPH

10 METABOLISMO DEL ÓXIDO NÍTRICO SU 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.

11 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.

12 EXISTEN 2 PRINCIPALES MECANISMOS PARA LA PRODUCCIÓN DE NO EN PLANTAS

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14 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 nitrate reductase (PM-NR) and nitrite:NO reductase (NI-NOR); (5) exchange of 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.

15 Estas especies moleculares son mutuamente interactivas, constituyendo la principal causa de la complejidad de la biología de las EA

16 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.

17 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

18 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.

19 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.

20 Efectos citotóxicos del NO

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24 VÍAS DE TRANSDUCCIÓN, PROCESAMIENTO Y SEÑALIZACIÓN DE NO

25 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 Ca 2+, impidiendo así la evaporación de agua por transpiración. La hipótesis es que NO puede regular directamente la endomembrana y los canales de Ca 2+, como así también otros canales iónicos.

26 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.

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28 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.

29 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 H 2 O 2. 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.

30 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: fotorrespiración beta- oxidación ciclo del glioxilato metabolismo 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.

31 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.

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