Apostila 21 - Citocininas

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AUTORA: Profª Dra Lourdes Isabel Velho do Amaral 2011 
 
CITOCININAS 
 
Desde o início do século passado já se especulava que a atividade mitótica nos 
meristemas era regulada por fatores endógenos. Em 1913, Haberlandt observou que o tecido 
vascular de várias plantas estimulava a divisão celular em tubérculos de batata. Nos anos 40 
Overback detectou atividade mitótica (citocinese) em explantes tratados com endosperma de 
coco imaturo. Nas décadas de 40 e 50 Skoog e colaboradores demonstraram que extrato de 
fungo e AIA combinados induziam divisão celular continuada em fumo. Este mesmo grupo foi 
o responsável pelo isolamento da primeira citocinina (a cinetina). A cinetina foi isolada a partir 
de DNA autoclavado de esperma de arenque. Mas esta citocinina não ocorre em plantas. Outras 
fontes naturais de citocininas são a água de coco, extrato de malte e extrato de fungo. Além das 
plantas e dos fungos, todos os outros organismos também possuem citocininas, desde bactérias 
até animais. Ttambém são encontradas no tRNA de muitos procariotos e eucariotos. O nome 
citocinina se origina de citocinese que em grego significa divisão celular. 
Estruturalmente as citocininas são derivativos das purinas, com substituições no 
nitrogênio 6 (N6) e compõem-se de uma cadeia principal formada pela adenina (uma base 
nitrogenada) e por uma cadeia lateral, que pode ser um composto isoprenóide (importante 
classe de compostos secundários, também conhecidos por terpenos ou compostos terpenóides) 
ou um composto aromático (geralmente pertencente a outra importante classe de compostos 
secundários os fenóis). O isoprenóide pode ser o isopentenil (composto de 5 carbonos) ou seus 
derivativos. O composto aromático pode ser o benzeno ou seus derivativos. Assim, dependendo 
da cadeia lateral, as citocininas que ocorrem nas plantas podem ser de dois tipos, as citocininas 
isoprenóides e as citocininas aromáticas. Entre as citocininas isoprenóides podemos citar a 
trans-zeatina (tZ), a N6-(∆2-isopentenil) adenina (iP) e a dihidrozeatina (DZ). Entre as 
citocininas aromáticas podemos citar a benziladenina (BA) e as topolinas (orto-topolina, meta-
topolina, orto-metoxitopolina e meta-metoxitopolina). O nome topolina deriva da palavra tcheca 
“topol” (o nome popular de Populus, uma árvore da região temperada). 
 
 
 
 
 
 
 
 
AUTORA: Profª Dra Lourdes Isabel Velho do Amaral 2011 
As citocininas isoprenóides são muito mais comuns em plantas, e sua abundância 
relativa é muito superior à das citocininas aromáticas, mas estas últimas já foram encontradas 
em muitas espécies de plantas, incluindo Populus (uma árvore da região temperada) e 
Arabidopsis (Strnad,1997; Sakakibara 2006), embora ainda não se possa afirmar que ocorram 
em todas as plantas. 
As citocininas naturais (trans-zeatina (tZ), cis-zeatina (cZ), isopentenil adenina (iP) e 
diidrozeatina (DZ) diferem entre si nA cadeia lateral isoprenóide, em relação à estrutura, 
hidroxilação e posição estereoisomérica e saturação da cadeia. 
Existem muitas substâncias que possuem atividade de citocininas, mas que não ocorrem 
naturalmente, as citocininas sintéticas. Entre elas podemos citar o thidiazuron (TDZ) que é uma 
feniluréia. O TDZ é muito utilizado em fruticultura para estimular o aumento do tamanho de 
frutos de kiwi, maçã e uva, além do seu papel de regulador de crescimento em cultura de 
tecidos vegetais. 
Síntese das citocininas: 
As citocininas podem ser sintetizadas por via direta (síntese de novo) ou indireta 
(metabolismo do tRNA). A cadeia principal origina-se do AMP (nas bactérias) e o ADP ou o 
ATP (nas plantas). A cadeia lateral presente nas citocininas isoprenóides pode ser sintetizada 
no citoplasma pela Via do Ácido Mevalônico (MVA) ou nos plastídeos pela via do metil 
eritritol-P (MEP), sendo incorporada à cadeia lateral pela enzima chave isopentenil transferase 
(IPT). Até o ano 2001 se pensava que a biossíntese da cadeia lateral nas plantas seguisse os 
mesmos passos daquela elucidada para bactérias como Agrobacterium tumefasciens. Entretanto 
com o trabalho de Kakimoto ficou claro que a enzima IPT (adenosina fosfato isopentenil 
transferase) utiliza em plantas preferencialmente ATP ou ADP e não o AMP como a IPT das 
bactérias faz. 
O primeiro passo é a incorporação do DMAPP (dimetilalil difosfato) no ATP ou ADP 
pela enzima IPT. O produto inicial da incorporação é um iP nucleotídeo, como o iP 
ribosídeo5´trifosfato (iPRTP) ou iP ribosídeo 5´difosfato (iPRDP). Os iP nucleotídeos são 
convertidos em tZ nucleotídeos pelas citocromo P450 monoxigenases. Para se tornarem 
biologicamente ativos os iP e tZ nucleotídeos são convertidos em nucleobases por 
desfosforilação pela enzima nucleotidase e desribosilação pela enzima nucleosidase. Uma 
segunda via de ativação envolve a enzima citocinina nucleosídeo 5´monofosfato 
fosforibohydrolase (LOG). 
 
 
 
AUTORA: Profª Dra Lourdes Isabel Velho do Amaral 2011 
Hirose et al 2007 
 
Hirose et al 2007Hirose et al 2007
 
A rota para formação de cis-zeatina (cZ) envolve a adição de DMAPP ao tRNA pela 
tRNA-IPT, formando nucleotídeos tipo cZRMP, também ativado pela LOG ou pelas 
nucleotidase/nucleosidase. 
O status nutricional é muito 
importante na expressão gênica para 
produção de cks. O NO3-, bem como o SO4-2 
e o PO4-3 induzem a biossíntese de cks, via 
regulação da enzima chave a IPT e o NO3- 
regula positivamente os genses dos 
transportadores de NO3-, SO4-2 e PO4-3. Por 
outro lado, altos níveis de cks inibem a 
expressão desses genes dos transportadores. 
A cadeia lateral benzênica das citocininas aromáticas, provavelmente tenha origem no 
metabolismo dos compostos fenólicos. As citocininas presentes nas plantas ocorrem também na 
forma de nucleosídeos tipo ribosídeos ou nucleotídeos tipo ribotídeos. 
 
 
 
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Além disso, ocorre muitas interconversões entre as citocininas. Por exemplo, a iP 
(isopenteniladenina) sofre hidroxilação para formar a tZ (trans-zeatina), que pode sofre redução 
(com gasto de energia) para formação de DZ (diidrozeatina). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O balanço das citocininas ativas nas células é determinado pelas taxas de biossíntese, 
formação e liberação de conjugados (citocininas ligadas e inativas), interconversões e pela taxa 
degradação. 
 
Formação de conjugados 
A formação de conjugados (citocininas ligadas) nas células ocorre rapidamente, bem 
como uma rápida conversão em nucleotídeos ou nucleosídeos. Assim o fluxo metabólico da CK 
nucleotídeos em bases nitrogenadas é provavelmente circular. A taxa e o tipo de conjugado 
dependem do órgão, estádio fisiológico e condições ambientais. Os conjugados são os 
glicosídeos, as citocininas-aminoácidos e os ribosídeos, embora estes últimos não sejam 
estritamente formas conjugadas. Muitos conjugados apresentam considerável atividade 
biológica. 
TIPO DE CONJUGADO AGENTE DE LIGAÇÃO COM 
1. Citocinina-N-ribosídeo e citocinina-N-ribosídeo-5'-P N-9 
2. Citocinina-N-glicosídeo N-3, N-7, N-9 
3. Citocinina-O-glicosídeo O-4' 
4. Ribosilcitocinina glicosídeo N-9, O-4' 
5. Citocinina-aminoácido N-3, N-9 
 
Peres & Kerbauy 2004 
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A inativação ocorre principalmente via CK-aminoácido, especialmente Alanina. 
Principalmente N-9: 9-alanilzeatina e 9-alanildiidrozeatina. 
Os conjugados são prontamente convertidos em base livre (2iP; zeatina; 
diihidrozeatina). 
 
Função dos conjugados: 
a. Forma de translocação. As formas ribosídicas não são consideradas efetivamente como 
conjugados. Mas como elas são encontradas no xilema são consideradas formas de 
transporte. 
b. Proteção. Os conjugados CK-N-glicosídeoparecem ser formas irreversíveis de conjugação. 
O conjugado CK-N(7)-glicosídeo impede a degradação por CKs oxidases. 
c. Armazenamento. Os O-glicosídeos são menos estáveis e podem ser hidrolisados por β-
glicosidases, por isso são moléculas de armazenamento. Elas se acumulam em altos níveis 
nas folhas e sementes. Esta forma de conjugado é compartimentalizado nos vacúolos, 
devido à presença de β-glicosidases no citoplasma. 
 
A degradação irreversível das citocininas isoprenóides ocorre pela remoção da cadeia 
lateral de 5C por citocininas oxidases/desidrogenases (CKXs), tendo como produto de 
degradação a adenina. Se for zeatina ribosídeo, teremos a adenosina. A adenina, produto da 
degradação das citocininas livres, pode ser reutilizada para síntese de RNA ou o anel de purina 
da adenina pode ser oxidado sucessivamente até ácido úrico e uréia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CK adenina + 3-metil-2-butenal 
 
Adenina ácido úrico e uréia 
 
 
Uréia NH4+ + CO2 
CK oxidase 
urease 
Peres & Kerbauy 2004 
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Locais de síntese: 
Tecidos com alta atividade meristemática, como câmbio, ápices vegetativos, 
especialmente ápice de raiz. Em plântulas o local primário de síntese é o ápice da raiz sendo 
que praticamente não há síntese no meristema apical do caule. A síntese também ocorre em 
folhas jovens, em sementes em desenvolvimentos e em frutos imaturos. 
A concentração varia de 0,01 a 1,0 µM, dependendo do tecido, órgão, estádio de 
desenvolvimento e fatores ambientais. 
 
Transporte 
Ocorre tanto no floema como no xilema. Neste último a translocação se dá principalmente na 
forma tZ e de conjugados do tipo nucleosídeo (tZR). Isto significa que as citocininas produzidas 
nas raízes são principalmente tZ e tZR. O transporte de tZ e tZR, via xilema, da raiz para a parte 
aérea ocorre por sinal dos ramos. As formas iP e iPR são produzidas principalmente nas folhas, 
durante o crescimento ativo, mas na parte aérea a distribuição é local. 
As citocininas permeáveis vindas de solutos extracelulares (inclusive xilema e floema), 
são as citocininas base lipofílicas como a N6-benziladenina (BAP) e a N6-[∆2-
isopentenil]adenina (2iP) e ribosídeos. Na célula, as citocininas são convertidas 
metabolicamente a citocininas nucleotídeos polares, N- e O-glicosídeos. 
 
Modo de ação: as citocininas como os outros hormônios participam na transcrição gênica e 
tradução de proteínas. As citocininas exercem efeito na pós-transcrição de mRNA, tornando-o 
mais estável e pós-tradução. Exemplo: durante a síntese das proteínas do LHCII. Além disso, 
estimula a síntese de outras proteínas do cloroplasto codificadas pelo núcleo. Induz também a 
síntese de NR (nitrato redutase). 
Para que haja ação hormonal é necessária a presença de receptores. Estes podem ser de 
dois tipos: 
1. Receptor tipo esteróide: receptor citosólico que migra para o núcleo. 
2. Receptor de membrana. 
No caso das citocininas o receptor está localizado na membrana plasmática. A ligação 
com o hormônio desencadeia uma série de eventos (cascata de transdução do sinal) que envolve 
proteínas no citoplasma (fatores de transcrição) que se direcionam para o núcleo, ligando-se ao 
DNA promovendo a ativação de genes específicos. 
As citocininas requerem cálcio, como mensageiro secundário, durante o processo de 
transdução do sinal. Na ausência de cálcio, as citocininas não conseguem induzir ramos em 
cultura de tecidos. Além disso, ionóforos de cálcio substituem as citocininas na formação de 
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ramos, quando culturas de tecidos são suplementadas por cálcio exógeno. Ionóforos são 
moléculas que facilitam o movimento de íons através da membrana plasmática. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Passos na sinalização por CKs 
1. Ligação da CK aos receptores como as proteínas quinases híbridas (AHKs) e também CRE 
(receptor de resposta à CK);2. Fosforilação e translocação de AHPs para o núcleo. AHPs são 
proteínas histidina cuja ativação ocorre por fosforilação; 
3. Ativação da transcrição de ARRs. ARRs são reguladores de resposta nucleares que podem 
ativar e ou reprimir a transcrição gênica; 
4. Feedback negativo através dos produtos dos genes induzíveis pelos ARRs. 
 
 
Efeitos fisiológicos 
As citocininas e auxinas jogam um papel chave na regulação da divisão celular in vivo e 
promovem divisão celular em culturas de células e tecidos. O efeito depende do grau de 
diferenciação das células tratadas. Em células não diferenciadas (não organizadas) estimula a 
proliferação. Já em células meristemáticas com rápida divisão, ela induz a um retardamento da 
divisão. As possíveis explicações para esta diferença de resposta seriam os sítios que controlam 
a divisão se alteram durante a diferenciação ou a sensibilidade hormonal destes sítios muda 
com a diferenciação. A regulação do ciclo celular na transição da fase G1 para S é induzida 
pelo complexo ativo CDK/a-CYC/D3. Auxinas aumentam o conteúdo de quinase a (CDK/a) e 
Citocininas modulam a ciclina do tipo D3 (CYC/D3);O ponto de regulação específico dentro do 
ciclo celular que é influenciado por citocinina é a fase G2. 
Bruno Müller, et al. Bruno Müller, et al. Science 318, 68 (2007) 
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As citocininas causam mobilização de nutrientes como açúcares e aminoácidos, para 
regiões onde elas estão em maior concentração. Este processo de mobilização origina uma nova 
relação fonte-dreno. As citocininas agem sobre duas proteínas envolvidas no estabelecimento 
de drenos: a invertase e o transportador de hexose. A sacarose transportada pelo floema é 
descarregada para o apoplasto através de transportador de sacarose. No apoplasto, a invertase 
quebra a sacarose em frutose e glicose, que a seguir são transportados através do transportador 
de hexose para as células do dreno. 
As citocininas, assim como as auxinas promovem expansão celular, só em folhas e 
cotilédones, mas inibem expansão de caule e raízes. Outro processo importantíssimo das 
citocininas está no retardamento da senescência. As citocininas do retardamento da senescência 
são zeatina ribosideo e diidrozeatina ribosídeo transportadas para as folhas via xilema. Este 
conhecimento é utilizado com propósitos comerciais para manter os produtos agrícolas verdes 
por mais tempo durante o transporte. 
Na maturação dos cloroplastos os principais fatores são citocininas, luz, nutrição e 
desenvolvimento. As citocininas regulam a síntese de proteínas e pigmentos fotossintéticos. Na 
luz induz a transformação de proplastídeos em cloroplastos e biossíntese de clorofilas. No 
escuro em etioplastos. 
As citocininas atuam nos processos de fotomorfogênese, agindo sobre o fitocromo, 
fotorreceptor envolvido no processo. As citocininas impedem que a forma ativa do fitocromo II 
(Phy B) reverta para a forma inativa ao absorver luz vermelho-extremo. O efeito das citocininas 
no desestiolamento (inibição do crescimento no escuro) e diferenciação dos cloroplastos são 
mediados pelo fitocromo. 
No controle da dominância apical os principais hormônios são as auxinas, as citocininas 
e as estrigolactonas. As auxinas do ápice inibem o desenvolvimento de gemas laterais, mas 
altos níveis de citocininas nesses órgãos induzem a quebra de dominância. As auxinas vindas 
do ápice bloqueiam a IPT (isopentenil transferase) e ativam a CKO na região nodal, mantendo 
baixo o conteúdo de citocininas nessa região. As estrigolactonas também mantêm a dominância 
apical e a regulaçãode sua síntese está ligada ao conteúdo de auxinas. 
Na expansão de folhas e cotilédones de dicotiledôneas, as citocininas atuam, conferindo 
extensibilidade às paredes celulares, de maneira semelhante ao que ocorre em presença de 
auxinas, porém sem crescimento ácido. Em cotilédones somente as citocininas, pois nem 
auxinas nem giberelinas causam expansão. Em suma citocininas promovem expansão celular 
em folhas e cotilédones, mas inibem expansão de caule e raízes. 
As plantas transgênicas que produzem altas concentrações de citocininas apresentam as 
seguintes características: Os meristemas apicais produzem mais folhas, que possuem um alto 
conteúdo de clorofila e são muito mais verdes. Além disso, ramos adventícios podem se formar 
de nervuras e pecíolos de folhas não feridas, a senescência da folha é retardada e a dominância 
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apical é muito reduzida. Os entrenós são muito curtos e as plantas atrofiadas. O enraizamento 
de estacas é reduzido e o crescimento das raízes também. 
 
FORMAÇÃO DE TUMORES (GALHAS): Em plantas os principais patógenos galhadores são 
o Agrobacterium tumefasciens (induz calo), o Agrobacterium rhizogenes (induz raiz) e o 
Corynebacterium fascians. 
Durante a infecção por Agrobacterium tumefasciens as células da planta incorporam 
DNA bacteriano em seus cromossomos. Linhagens virulentas possuem um plasmídeo (DNA 
circular extracromossômico) grande não essencial para a bactéria. Mas possuem genes para a 
bactéria sobreviver em ambientes especiais. 
Um pedaço de Ti-plasmídeo é incorporado em DNA nuclear do hospedeiro é o T-DNA. 
 
O T-DNA possui genes para a síntese de trans-zeatina, auxina e opinas (compostos 
raros nitrogenados). As opinas não são sintetizadas por plantas saudáveis. As opinas podem ser 
utilizadas pela bactéria como fonte de nitrogênio. Exemplos de opinas (octopina, nopalina). 
O T-DNA possui gene ipt que codifica para a síntese de isopentenil transferase (quadro 
1) e dois genes para conversão de trp em AIA (quadro 2). 
 
 
 
 
 
Os genes do T-DNA não são expressos na bactéria, pois só as células vegetais possuem 
os promotores. 
 
Os teratomas (Tumores T-DNA): 
Podem ser: 
a. Parcialmente diferenciados em raízes (“rooty”): altos níveis de auxinas e baixos níveis 
de citocininas. Ocorre uma mutação em um dos genes ipt para a síntese de zeatina. 
b. Parcialmente diferenciados em ramos (“shooty”): baixos níveis de auxinas e altos níveis 
de citocininas. 
 
HABITUAÇÃO: Em cultura de tecidos pode ocorrer o fenômeno denominado habituação. Este 
fenômeno ocorre quando calos são subculturados por um longo período, tonando-se autônomos 
em termos de hormônio (auxinas ou citocininas). Com relação às citocininas, Isto ocorre porque 
os calos: 
1. Adquirem a capacidade de sintetizar citocininas. 
IPP + ATP/ADP ∆2-IPP 
ribotídeo
Trp IAM AIA 
Camila
Realce
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2. A taxa de destruição de citocininas é reduzida 
3. Aumenta a sensibilidade do tecido às citocininas. 
 
A habituação é dependente do tecido que deu origem ao calo. Por exemplo: 
1. Medula de fumo: dependente de CKs, mas pode ser habituado. 
2. Córtex de fumo: são autônomos. Requerem somente auxinas exógenas. 
3. Folha de fumo: totalmente dependente. Não pode ser habituado. 
 
BALANÇO HORMONAL 
 
Auxinas: as auxinas e citocininas interagem em muitos processos. Como por exemplo, divisão 
celular, dominância apical, senescência de folhas entre outros. 
Na divisão celular auxinas e citocininas controlam a atividade das ciclinas que regulam 
o ciclo celular. 
Na dominância apical as auxinas e as estrigolactonas inibem a síntese de citocininas 
nas gemas laterais. 
 
Etileno: auxinas e citocininas em concentrações muito altas inibem marcadamente o 
crescimento de órgãos vegetais, ao induzirem a síntese de etileno ao agir sobre a enzima ACC 
sintase. Na inibição caulinar o efeito das citocininas parece ser sinergístico, uma vez que o 
etileno exógeno aplicado nas mesmas concentrações endógenas não apresenta o mesmo nível de 
resposta. 
Mas no processo de senescência estes dois hormônios são fortemente antagônicos. As 
citocininas inibindo fortemente a senescência e o etileno promovendo. 
 
Ácido abscísico: O ABA possui efeito antagônico ao das citocininas no ciclo celular. O ABA 
inibe regiões de duplicação de DNA enquanto que as citocininas induzem duplicação do 
material genético. 
 
Brassinoesteróides: Os brassinoesteróides antagonizam os efeitos de luz das citocininas. 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
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Davies, P.J. 2007. Plant hormones biosynthesis, signal transduction, action!. Dordrecht: 
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Fosket, D.E. 1994. Plant growth and development: A molecular approach. Academic Press. 
Camila
Realce
Camila
Realce
Camila
Realce
Camila
Realce
AUTORA: Profª Dra Lourdes Isabel Velho do Amaral 2011 
Hopkins, W.G. 1999. Introduction to plant physiology. John Wiley & Sons, Inc. New York. 
Kerbauy, G.B. 2004. Fisiologia vegetal. Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro. 
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