Apostila 22 - Giberelinas

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AUTORA: Profª Dra Lourdes Isabel Velho do Amaral 2011 
 
GIBERELINAS 
 
As giberelinas foram descobertas no Japão em 1926 a partir de trabalhos de 
Kurosawa com plantas de arroz atacadas pelo fungo Giberella fujikuroi. A doença 
causada pelo fungo é conhecida como bakanae (planta boba), devido aos sintomas 
apresentados, tais como crescimento exagerado do caule, enfraquecimento e danos 
por parasitas. Nos anos 30 Yabuta e Hayashi isolaram o composto ativo do fungo e 
denominaram giberelina A e B. No Ocidente só se tornaram conhecidas nos anos 50, 
a partir de trabalhos realizados no Reino Unido (ICI – Imperial Chemical Industries) e 
nos EUA (USDA – Agriculture Department of US). Nos EUA o composto isolado foi 
denominado de giberelina X e no Reino Unido o ácido giberélico. As duas substâncias 
provaram ser idênticas à giberelina isolada pelos japoneses e sua estrutura foi 
elucidada em 1956. Em 1958 foi isolada a primeira giberelina natural em plantas 
superiores a partir de embriões de sementes imaturas de Phaseolus coccineus, a A1 
(ou GA1). 
Até 2007 já haviam 
sido descobertas 136 
giberelinas, mas o número 
deve aumentar. Entre todas 
GAs descobertas, apenas 
uma pequena fração possui 
atividade biológica, e entre 
essas podemos citar a 
GA1, GA3, GA4 e GA7. A 
GA1 é a giberelina bioativa 
mais comum nas plantas. Embora em Arabidopsis e em algumas espécies de 
cucurbitáceas a GA4 é a mais abundante. As implicações ainda não estão claras, mas 
curiosamente em arroz, a GA4 é a que apresenta maior afinidade pelo receptor. Sabe-
se agora que o ácido giberélico (GA3), inicialmente encontrado apenas no fungo 
Gibberella fujikuroi, também ocorre nas plantas. As outras GAs são consideradas 
precursores ou intermediários na biossíntese, podendo ainda se constituírem em 
compostos inativos. 
A denominação das giberelinas segue uma regra simples: elas são 
denominadas de Ax ou GAx, de acordo com a ordem da descoberta, mas não está 
relacionada com estrutura química ou rota metabólica. 
 
 
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Estrutura: todas as giberelinas são derivativos 
do esqueleto ent-giberelano. Todas são 
ácidas (ácido giberélico - GA). Têm 19 ou 20C 
agrupados em 4 ou 5 sistemas de anéis. 
 
 
Locais de síntese e concentração: 
Em tecidos em crescimento rápido; em células contendo proplastídeos, em 
meristemas apicais e radiculares. Em sementes em desenvolvimento e no embrião de 
sementes germinantes. Em anteras de flores em desenvolvimento e em frutos em 
desenvolvimento. 
As giberelinas ocorrem nas plantas em concentrações muito baixas (normalmente 10 
ppb), mas em sementes imaturas as concentrações podem alcançar 1 ppm. 
 
Transporte: não é polar e ocorre via floema (se a síntese ocorrer nas folhas) e xilema 
(se a síntese ocorrer nas raízes). 
 
Biossíntese: são compostos isoprenóides, diterpenos que normalmente são 
sintetizados pela Via do Ácido Mevalônico no citoplasma, ou pela via do MEP (2-C-
methyl-d-erythritol 4-phosphate) nos plastídeos. As GAs, podem ser sintetizadas pela 
Via Ácido Mevalônico ou pela Via do Ácido Mevalônico, pois ocorre uma troca entre os 
precursores IPP (isopentenil difosfato) e seu isômero DMAPP (dimetil alil difosfato). O 
composto de 20C geranilgeranil difosfato (GGPP) serve de doador para todos os 
átomos de carbono das giberelinas. O primeiro composto com sistema de anel 
giberelano verdadeiro é o aldeído-GA12. O aldeído presente no C6 é oxidado a COOH, 
conversão necessária para a atividade biológica de todas as giberelinas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Yamaguchi 2008 
 
A atividade biológica elevada depende da presença da ponte de 4,10-lactona 
(ligação éster intramolecular estável), de uma carboxila (COOH) no C6, uma hidroxila 
(OH) no C3 em β-orientação, e ausência de hidroxila (OH) no C2 em β-orientação. As 
giberelinas GA5 e a GA6 apesar de apresentarem modificações no C3 e C2 (dupla 
ligação e epoxidação respectivamente) possuem atividade biológica. 
 
 
 
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As GAs C19 são mais ativas do que as C20. As GAs de 20 carbonos possuem 
estados de oxidação e número e posição de OH diferentes. A localização dos grupos 
OH e estereoquímica α ou β (β hidroxilação do carbono 2) elimina atividade. 
 
1. Estágios de Biossíntese (resumo): 
a) Formação de geranilgeranildifosfato (GGPP) a partir do ácido mevalônico ou do 
MEP; 
b) Ciclizações, catalisadas pelas enzimas terpeno sintases (TPS) como a ent-copalil 
difosfato sintase (CPS) e a kaurene sintase (KS) kaurene sintetase (enzima chave da 
regulação) para formar ent-kaurene. Nos plastídeos. Inibidores: AMA-1618, Cycocel e 
Phosfon D; 
c) Oxidações para formar GA12-Aldeído Envolve conversão oxidativa do ent-
kaurene, contração do anel B para formar GA12-Aldeído. Ocorre no RE. As enzimas 
envolvidas são duas citocromo P450 monooxigenases (P450), a kaurene oxidase 
(KO) e a ácido kaurene oxidase (KAO). Os inibidores são paclobutrazol, tetcyclasis, 
uniconazole; 
d) Formação de todas as outras Gas a partir do GA12-Aldeído. Envolve reações 
oxidativas do C20 (perde CO2) para formar GAs (C19) e conversão de GAs por reações 
oxidativas. No citoplasma. As enzimas envolvidas são dioxigenases dependentes de 
2-oxoglutarato (2 ODDs). Inibidores cyclohexanetrionas. 
2. Inibição da síntese: entre os compostos que são retardantes do crescimento por 
inibir a síntese de GAs podemos citar: 
- CCC e Phosfon D que reduzem os níveis de GAs 
- Amo-1618: inibe a atividade da kaurene sintetase. 
- Ancymidol, triarimidol e paclobutrazol que inibem a oxidação do ent-kaurene. 
As Gas regulam a própria síntese. 
 
 
 
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Adaptado de Ross & O’Neill, 2004 
Inativação das GAs: 
As GAs bioativas podem ser 
inativadas pela ação das GA2 
oxidases, epoxidases 
(EUI/CYP714D1) e GA metil 
transferases (GAMT). A GA1 e sua 
precursora imediata a GA20 são 
convertida a GA8 e GA29 pela adição 
de hidroxila no C2, reação catalisada 
pelas GA2 oxidases. As GAs não 
hidroxiladas no C13, como a GA4 , 
GA9 e GA12 podem ser inativada por epoxidação da dupla ligação entre o C16 e o 
C17, reação catalisada por uma P450, a EUI/CYP714D1. Se for a GA4, o produto da 
epoxidação será 16α,17-epoxi GA4, que poderá ser hidratada se transformando em 
16,17 dihidrodiol-16α,17- hidroxi GA4. Este mecanismo de inativação por epoxidação 
foi descoberto em arroz, mas parece ser um mecanismo para todas as espécies 
vegetais. Em Arabidopsis, petúnia e fumo, ocorre outra via de inativação por metilação 
do C6. As enzimas GA metil transferases (GAMT) transferem um metil do Ado-Met (S-
adenosil-L-metionina) e transformam vários tipos de GAs, tanto bioativas como 
precursores em metil ésteres. Mas esse mecanismo de inativação por metilação 
precisa ser buscado em outras espécies, antes de ser incluído no controle dos níveis 
endógenos de GAs. A regulação da biossíntese das GAs ocorre tanto por fatores 
endógenos como ambientais, refletindo um delicado balanço homeostático necessário 
para o desenvolvimento harmônico das plantas. Os níveis de GAs controlam a própria 
síntese, através de uma complexa rede regulatória, que envolve a expressão e 
atividade de muitas enzimas do metabolismo das GAs. Além disso, as auxinas, 
especialmente o AIA, sintetizadas no ápice vegetativas promovem a síntese de GA1 
nos entrenós inferiores. As auxinas também possuem efeito na inibição da 
degradação de GA1 (Ross & O´Neill 2001). A biossíntese de GAs também é regulada 
pela luz, entre outros fatores ambientais. A regulação da biossíntese das GAs ocorre 
via os fotorreceptores fitocromo e criptocromo. 
 
 
 
 
Formação de Conjugados:- GAs-glicosídeos: 
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a) Glicosil-éter(GA-G): A glicose é ligada por uma ligação tipo éter de dos grupos OH 
da giberelina; 
b) Glicosil-éster (GA-GE): A glicose é conectada em uma ligação tipo éster do grupo 
COOH da giberelina. 
A glicosilação do GA3 ocorre com a transferência de glicose a partir da UDP-
glicose ou da TDP-glicose, em uma reação catalisada pela glicosiltransferase. 
 
Função dos GAs-conjugados: 
1. Produtos da desativação reversível. A hidrólise dos conjugados para GAs livres é 
necessária para causar atividade biológica e função. As enzimas envolvidas neste 
processo são β-glicosidases e α-glicosidases. 
2. Formas de armazenamento e de transporte, especialmente os conjugados tipo GA-
GE. 
3. Catabolismo. Em algumas espécies a forma conjugada com glicose é o primeiro 
passo para degradação irreversível das GAs. 
A formação dos conjugados ocorre preferencialmente na maturação de 
sementes e a reconversão ocorre durante a germinação. 
 
Degradação: Em algumas espécies como no milho, a forma conjugada com glicose é 
o primeiro passo para degradação irreversível das GAs. Após a glicosilação pode 
ocorrer a eliminação da ponte de lactona e perda da atividade da giberelina. 
 
Bioensaio: para detectar presença de GA, sem uma quantificação segura: 
� Teste do alongamento do hipocótilo de alface: 
� Teste da bainha da folha do arroz anão. 
� Teste da α-amilase da camada de aleurona. 
Para quantificação e identificação: 
� CG e espectrometria de massa (MS) que é o mais utilizado ou mais recente 
HPLC-MS que analisa diretamente o efluxo, com nenhuma modificação química 
necessária para GC, sendo menos trabalhoso, mas é muito caro. 
 
Sinalização: 
No núcleo, a proteína DELLA reprime a ação hormonal em ausência de GA. Mas em 
presença de GA, ocorre a ligação com o receptor GD1, formando um complexo GD1-
GA. Esse complexo interage com a proteína repressora DELLA, que passa a ser 
reconhecida pelo complexo SCF (complexo protéico F-box) que causa a sua 
ubiquitinação, marcando a DELLA para degradação no no proteossomo. Após 
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Hirano et al. 2008 
degradação da DELLA, ocorre a liberação da expressão dos genes controlados pelas 
giberelinas. 
 
 
Efeitos fisiológicos: 
As GAs controlam vários aspectos do crescimento e desenvolvimento das 
plantas e respostas ambientais, tais como alongamento do caule, crescimento de 
raízes e frutos, germinação de sementes, desestiolamento e expansão da folha, 
maturação do pólen, além da indução da floração em algumas espécies, e muitos 
aspectos da fotomorfogênese. 
As giberelinas são muito importantes, nas culturas agrícolas. Já se conhece 
desde muito que defeitos genéticos na síntese de GAs causam nanismo em muitas 
espécies como arroz, milho, ervilha, tomate e canola. Estes anões foram utilizados na 
chamada revolução verde, pelo seu alto rendimento. Na fruticultura, mediam o 
estabelecimento de frutos de maçã e o crescimento de frutos de uva. 
 
As giberelinas têm efeito fisiológico diferenciado dependendo da presença de 
diferentes GAs, dependendo do estádio fisiológico do tecido ou órgão. Por exemplo, o 
GA1 é efetiva em tecidos ou órgãos vegetativos enquanto que GA4 é funcional em 
tecidos ou órgãos reprodutivos. GA1 alongamento e GA3 é raro em plantas. 
1. Crescimento de plantas intactas: especialmente o caule. A maioria das 
dicotiledôneas e algumas monocotiledôneas são sensíveis ao GA3. O arroz anão 
responde a 3,5 picogramas de GA3. Nesse mutante e em outros (milho, ervilha, 
tomate, canola) provavelmente o GA3 se transforma em GA1 no interior das células 
causando o crescimento do caule. Nas Pinaceae precisa haver uma combinação de 
GA4+GA7. 
O crescimento resulta de pelo menos 3 eventos: as GAs são muito ativas (0,1 
ng) causa alongamento. O GA73 (3,0 fentogramas). 
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1. A divisão celular é estimula no ápice vegetativo Influencia no período do ciclo 
celular G1→S (duplicação do DNA, fase mitótica). 
2. Promove crescimento ao induzir a um aumento na hidrólise de amido, 
frutanos e sacarose em moléculas de glicose e frutose. Por exemplo, em 
cana-de-açúcar as giberelinas aumentam a síntese de invertases que 
hidrolisam sacarose em glicose e frutose. 
3. Aumenta a plasticidade da parede celular (alongamento sem divisão celular), 
em processo diferente daquele das auxinas. Por exemplo em hipocótilo de 
alface, a aplicação de GA3 promove expansão celular sem acidificação da 
parede. Neste caso há envolvimento da XET (xiloglucano 
endotransglicosidase). 
 
2. Mobilização de reservas durante a germinação de cereais: durante a germinação, a 
camada de aleurona fornece enzimas hidrolíticas que digerem o amido, proteínas, 
fitina, RNA e certos materiais de parede celular presentes no endosperma. As 
giberelinas sintetizadas no embrião (escutelo e outras partes) induzem a transcrição 
do gene que codifica α-amilase que hidrolisa o amido. As GAs mais importantes são 
GA1 e GA3. O escutelo também secreta enzimas hidrolíticas que digerem o 
endosperma. 
Na semente madura ocorre só o GA12 aldeído que é convertido em GA1, durante 
germinação. 
 
3. Partenocarpia: é a formação do fruto sem semente, ou seja, sem o processo normal 
da fecundação. As GAs mais ativas são GA4 e GA7. Entre as espécies podemos citar: 
uva, pêra, tomate, maçã, Citrus. Lembre que as auxinas também podem induzir à 
partenocarpia, sendo que as espécies podem as mesmas que respondem às GAs ou 
espécies diferentes. Mas auxinas têm pouco efeito sobre frutos com caroço como 
pêssego, damasco, amêndoa e ameixa. As auxinas são eficientes em abóbora, 
abacaxi, tomate, pimenta, Citrus, banana, cereja, uva. 
 
4. Germinação de sementes: as GAs estão envolvidas tanto na quebra da dormência 
de sementes como no controle da hidrólise de reservas de sementes dormentes e não 
dormentes. Indução da germinação de sementes que exigem luz ou frio para 
germinar. 
 
5. Quebra da Dormência de gemas: as GAs estão envolvidas na quebra da dormência 
de gemas de inverno de árvores da região temperada (pessegueiro, aveleira, 
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cerejeira, sicômoro entre outras); na quebra da dormência de gemas de órgãos de 
armazenamento subterrâneos como as batatas 
 
6. Determinação do sexo: em milho, flores estaminadas são transformadas em flores 
pistiladas. Mas na maioria dos casos flores pistiladas se transformam em 
estaminadas, como em pepino, cânhamo, espinafre. 
 
7. Reversão para juvenilidade em plantas que exibem 2 fases distintas: juvenil e 
adulta. Em Hedera helix (GA3). Já em coníferas: juvenil para reprodutiva (GA4+GA7). 
Em pteridófitas o GA73. Em Citrus GAs retardam senescência. 
 
8. Controle do estabelecimento do fruto: Em maçã media o estabelecimento do fruto e 
crescimento do fruto em uva. 
 
Muitos dos efeitos fisiológicos das GAs são inibidos pelo ABA. 
 
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