Citocininas: Reguladores da Divisão Celular

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Citocininas: reguladores da divisão celular
Originadas de bases nitrogendas
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HISTÓRICO SOBRE CITOCININAS
• HABERLANDT (1913) – Descobriu que um composto desconhecido presente nos tecidos vasculares de várias espécies vegetais estimulavam a divisão celular (induzia a formação de felogênio e a cicatrização de “feridas” em tubérculos de batata);
.Philip White (1934) demonstrou que raízes de tomateiro poderiam crescer sem adição hormônios (sacarose, íons inorgânicos, vitaminas e aminoácidos), sugerindo algo “especial” existente em raízes. Falar de Aux.
• van OVERBEEK (década de 1940) – Observou que o endosperma líquido de coco é rico em substâncias que promovem a divisão celular;
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• F. SKOOG & col. (início da década de 1950) – Verificaram e
confirmaram os resultados de Haberlandt: células de medula de fumo cresciam mais rapidamente quando se colocava um pedaço de tecido vascular sobre a medula;
• C. MILLER & col. (1954) – Usando meio básico de cultura
(sacarose, íons inorgânicos, vitaminas e aminoácidos)
acrescido de diferentes substâncias, observaram que DNA
envelhecido + AIA apresentava a melhor resposta na
indução da divisão celular. Eles concluíram que um produto
de degradação do DNA deveria ser o fator de divisão celular;
• F. C. STEWART (década de 1950) – Confirmou os
resultados de van Overbeek, ou seja, a água de coco continha várias “cinetinas”;
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• MILLER & SKOOG (1957) – Deram o nome de cinetina(análago sintético) à substância responsável pela indução da citocinese, e que foi identificada por eles como sendo a 6-furfurilaminopurina (1ª citocinina sintética);
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Na década de 1960 resolveu-se denominar estas substâncias de citocininas.
LETHAM (1973) – Isolou de sementes jovens de milho a zeatina e seu ribonucleosídio, e demonstrou em 1974 que ela também era encontrada em endosperma de coco;
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A zeatina é a citocinina com maior ocorrência natural
Estimula divisão celular, na presença de auxina
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As citocininas
naturais podem
ocorrer na forma
conjugada.
A citocinina com
atividade
hormonal é a base
livre.
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As citocininas naturais podem ocorrer na forma
conjugada.
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As citocininas
Também estão presentes em alguns
tRNAs (tirosina,
serina, leucina,
cisteína, triptofano e
fenilalanina) de
células de plantas e
animais
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CITOCININAS SINTÉTICAS DE NATUREZA PURÍNICA
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CITOCININAS SINTÉTICAS DERIVADAS DO DIFENILURÉIA
¬ Usado comercialmente
Como desfolhante e
herbicida
ANTAGONISTA DA CITOCININA
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DEFINIÇÃO
AS CITOCININAS SÃO COMPOSTOS QUE POSSUEM ATIVIDADES SEMELHANTES ÀQUELAS DA TRANSZEATINA.
ESTAS ATIVIDADES INCLUEM:
• A INDUÇÃO DA DIVISÃO CELULAR EM CALLUS, NA
PRESENÇA DE AUXINA;
• A INDUÇÃO DE GEMAS OU DE RAÍZES EM CULTURA DE TECIDOS, QUANDO APLICADA EM PROPORÇÃO ADEQUADA COM AUXINA;
• O RETARDAMENTO DA SENESCÊNCIA FOLIAR;
• A PROMOÇÃO DA EXPANSÃO DE COTILÉDONES EM DICOTILEDÔNEAS
(quando sintetizada na raiz, é trasportada via xilema)
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Via biossintética das citocininas
xeróx
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A biossíntese de citocinina é realizada através da transferência do grupo isopentenil do IPP (Isopentenil-difosfato - unidade biológica do isopropeno, um precursor de citocinina) para AMP, ADP ou ATP. A reação é catalizada pela enzima fosfato-isopenteniltransferase (IPT). São vários os substratos para a catálise por IPT, específicas em cada planta. O resultado da reação é o ribotídeo isopentenil adenina (uma citocinina que contém um grupo ribose e um, dois ou três grupos fosfato). Este produto é então convertido nas formas livres da citocinina: trans-zeatina, dihidrozeatina ou isopentenil adenina. 
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Embora a síntese de citocininas livres seja realizada principalmente nos meristemas das raízes, também pode ocorrer em outras regiões da planta, tais como células precursoras do xilema no ápice da raiz, floema, axilas foliares, óvulos, sementes imaturas, primórdios da raiz, parte superior de inflorescências jovens e zonas de abscisão de frutos. As citocininas produzidas nas raízes são transportadas através do xilema para a parte aérea sob a forma de ribosídeos. Esse transporte é provavelmente induzido por substâncias cuja natureza ainda não foi determinada. Quando produzidas nas partes aéreas, as citocininas são transportadas via floema, sob forma de glicosídeos. 
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DEGRADAÇÃO OXIDATIVA DAS CITOCININAS
A oxidase da citocinina não age sobre a
diidrozeatina e seus derivados nem sobre os O-glicosídeos
citocininas. Estas últimas tem funções de proteção e
armazenamento e são ativas em bioensaios.
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Características das citocininas
 As citocininas têm sido detectadas em angiospermas (maioria),
diatomáceas, algas, musgos, pteridófitas e coníferas. A função
reguladora foi demonstrada somente em angiospermas, coníferas e musgos;
 Algumas bactérias fitopatogênicas, fungos, insetos e nematódeos
secretam citocininas livres:
 Bactérias formam a galha da coroa (Agrobacterium tumefaciens) e a vassoura-de-bruxa (Corynebacterium fascians);
 Fungos formam as micorrizas;
 Insetos induzem a formação de galha e a utilizam como local de
alimentação;
 Nematódeos produzem células gigantes das quais obtêm seu alimento.
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Citocininas livres
Em geral, a zeatina (com atividade hormonal) é a citocinina livre de maior ocorrência, porém a diidrozeatina (DZ) e a isopentenil adenina (iP), são bastante abundantes
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Galha da coroa (Agrobacterium tumefaciens)
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Vassoura-de-bruxa em abeto (Corynebacterium fascians)
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T-DNA
• 2 genes p/ auxina; 1 gene p/ citocinina; .1 gene p/ opina (compostos nitrogenados).
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CONTINUAÇÃO
As duas opinas, octopina e nopalina, são encontradas somentes nos tumores da galha da coroa. Os genes necessários para sua síntese estão presentes no T-DNA da A. tumefasciens. A bactéria pode utilizar as opinas como fonte de nitrogênio.
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O plasmídio Ti e a engenharia genética em plantas
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Características das citocininas
 Os locais de síntese de citocininas são os meristemas das raízes (principal), embrião de sementes em desenvolvimento, folhas e frutos jovens;
 O transporte de citocininas é regulado por um "sinal“ proveniente do caule (não identificado);
 O transporte de citocininas ocorre principalmente pelo xilema, mas se dá também pelo floema.
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Fatores que afetam os níveis de citocininas livres
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Funções biológicas das citocininas
Embora tenham sido descobertas como fatores da
divisão celular, as citocininas podem estimular ou inibir vários processos fisiológicos, metabólicos, bioquímicos e de desenvolvimento quando aplicados às plantas superiores.
Tornando evidente que as citocininas endógenas
exercem importante função na regulação destes eventos.
Veremos alguns efeitos das citocininas no crescimento
e desenvolvimento vegetal:
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As citocininas regulam a divisão celular nas partes aéreas e raízes
As citocininas são, em geral, necessárias para a divisão das células vegetais in vitro.
Várias evidências sugerem que as citocininas também exercem funções chave na regulação da divisão celular in vivo.
A grande parte das divisões celulares em uma planta adulta ocorre nos meristemas.
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Tobacco tissues depend on cytokinin for their growth in culture. Cultured
tobacco callus was transferred to fresh medium that contained an auxin and either zeatin or kinetin at the indicated concentrations. The tissues were weighed after growing for 1 month on the various media. The results show that zeatin is more effective than kinetin in supporting tobacco tissue growth. The maximum response was obtained with 5 × 10–8 M zeatin, and higher zeatin concentrations
either did not stimulate additional growth or were
slightly inhibitory. The kinetin concentration had to be at least tenfold higher to achieve the same growth stimulation. (From Leonard et al. 1968.)
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A superexpressão de genes da oxidase da citocinina, de
Arabidopsis em fumo, causa
uma redução nos níveis da
citocinina endógena e,
consequentemente, um grande retardo do desenvolvimento, devido à redução na taxa de proliferação celular no
meristema apical da parte aérea.
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Nos meristemas apicais
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De modo surpreendente, a mesma superexpressão da oxidase da citocinina em fumo leva a uma intensificação do crescimento radicular, sobretudo pelo aumento do tamanho do meristema apical da raiz.
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As citocininas regulam componentes específicos do ciclo celular. Cyclin-dependent kinases =CDK
Auxina expressa CDK (forma inativa)
Citocinina expressa ou ativa as ciclinas
CDK-CG1 ou CM
(forma ativada)
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As citocininas aumentam a expressão do gene CYCD3, que codifica uma ciclina.
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A razão auxina:citocinina regula a morfogênese de tecidos em cultura
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Efeito da razão auxina:citocinina na morfogênese em tumores da galha da coroa
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continuação
Fig-21.14
Mapa do t-DNA do plasmídeo Ti de Agrobacterium apresentando os efeitos das mutações do T-DNA na morfologia dos tumores de galha da coroa. Os genes 1 e 2 codificam duas enzimas envolvidas na biossíntese de auxina; o gene 4 codifica uma enzima da biossíntese de citocinina. As mutações nestes genes produzem os fenótipos ilustrados (Morris, 1986)
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As citocininas modificam a dominância apical e promovem o crescimento de gemas laterais.
Um dos principais determinantes da forma vegetal é o grau de dominância apical.
Embora a dominância apical possa ser determinada pela auxina, estudos indicam que as citocininas desempenham um papel no crescimento inicial das gemas laterais.
Por exemplo, aplicações diretas de citocininas em gemas axilares de muitas espécies estimulam a divisão celular e o crescimento dessas gemas.
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As citocininas induzem a formação de gemas em musgos
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A superprodução de citocininas tem sido relacionada aos tumores genéticos
Os híbridos de
Nicotiana, que
produzem tumores
genéticos,
apresentam níveis
anormalmente
elevados tanto de
auxina quanto de
citocinina (5 vezes
maiores que os
encontrados em
cada parental).
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As citocininas retardam a senescência foliar
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As citocininas promovem o movimento de nutrientes (aumenta a força do dreno)
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As citocininas promovem o desenvolvimento de cloroplastos
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Reversão do estiolamento de plântulas no escuro pela aplicação de citocinina
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As citocininas promovem a expansão celular em folhas e cotilédones (RABANETE)
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As citocininas inibem o alongamento de caules e de raízes
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As plantas com superprodução de citocininas exibem várias
características que indicam o seu papel na fisiologia e no
desenvolvimento vegetal.
• Os meristemas apicais das partes aéreas apresentam mais folhas;
• As folhas possuem altos níveis de clorofila e são muito mais verdes;
• As partes aéreas adventícias podem ser formadas a partir das
veias foliares e pecíolos não lesionados;
• A senescência foliar é retardada;
• A dominância apical é muito reduzida;
• As plantas são atrofiadas, com entrenós muito curtos;
• O enraizamento de estacas caulinares é reduzido, assim como a taxa de crescimento da raiz.
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Mecanismo de ação
A diversidade dos efeitos das citocininas no
crescimento e desenvolvimento em plantas é consistente com o envolvimento de vias de transdução de sinais com ramificações que levam a respostas específicas.
Embora o conhecimento de como as citocininas
atuam em níveis celular e molecular seja ainda bastante fragmentado, progressos significativos têm sido obtidos.
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Sistema de sinalização simples de dois componentes
Sistema de sinalização de dois componentes com 
revezamento de fósforo
H=histidina
D=aspartato
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Árvore filogenética
das duas classes de
reguladores de
resposta em
Arabidopsis que são
codificados por uma
família multigênica:
- genes ARR tipo-A
formados só com o
domínio receptor;
- genes ARR tipo-B
que possuem um
domínio de fator de
transcrição, além do
do domínio receptor.
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As citocininas causam um aumento rápido na
expressão dos genes reguladores de resposta
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A histidina fosfotransferase pode mediar a cascata de
sinalização da citocinina
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A indução da
fosforilação pela
citocinina ativa
fatores de
Transcrição
CHASE: CYS-HIS-ALA-SER-GLU
H: histidina
D: aspartato
No futuro...