Espécies reativas de oxigênio e antioxidantes em biologia de sementes

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ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO E 
ANTIOXIDANTES EM BIOLOGIA DE SEMENTES 
Luiz Carlos de Oliveira Junior. 
 
 
 
 
2016 
Sumário 
• Introdução; 
• EROs: Natureza e origem; 
• Efeito duplo das EROs; 
• EROs e fisiologia de sementes; 
• Uma rede de sinalização molecular; 
• Conclusões; 
• Revisões bibliográficas. 
 
 
 
Introdução 
• Espécies reativas de oxigênio → Moléculas tóxicas; 
• Danos durante estresse biótico ou abiótico; 
• EROs também funcionam como sinalizadores; 
 
 
• Chave em processo biológicos como germinação e dormência. 
 
Dualidade das 
EROs 
Antioxidantes 
Bailly, 2004; Gomes e Garcia, 2013 
EROs: Natureza e origem 
• Oxigênio pode dar origem as espécies reativas de oxigênio; 
 
 
 
• EROs incluem: 
• Moléculas com radicais livres (O2
-., OH·, etc); 
• Moléculas sem radicais livres (H2O2, Ozônio, O2 singleto). 
O2 O2
-. 
H2O2 
OH . 
Halliwell e Gutteridge, 1999 
EROs: Natureza e origem 
• Em sementes, fontes variam com a fase do desenvolvimento; 
• Origem na Mitocôndria: 
 
 
 
 
• Respiração cessa em 20 % de umidade; 
• 2-3 % de O2 transformado em radicais livres. 
 
Morfogênese 
Histo-diferenciação Maturação Germinação 
TEMPO 
Decréscimo da respiração Retomada da respiração 
Bewley e Black, 1994; Noctor et al. 2007 
EROs: Natureza e origem 
• Origem no Peroxisomo: 
• Glioxissomos; 
• Ciclo do Glioxalato, β oxidação; 
• Localização da Catalase. 
Huang et al., 1983; Gill e Tuteja, 2010; Neill et al., 2003 
Figura 1. Célula vegetal. 
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EROs: Natureza e origem 
• Origem no Cloroplasto: 
• Gerado durante a fotossíntese; 
• Produção somente durante fases iniciais do desenvolvimento. 
 
• Origem na oxidase do NADPH: 
• Membrana plasmática e apoplasto; 
• Transferência de elétron do NADPH para o oxigênio. 
 
 
 
Noctor et al. 2007; Puntarulo et al. 1998 
 
Figura 2. Principais locais de produção de EROs em 
células vegetais. 
Shanker e Venkateswarlu, 2011 
Efeito duplo das EROs 
• Toxicidade x Sinalização 
• ↑ concentração produz toxicidade; 
• Danos: 
• Peroxidação de lipídios; 
• Proteínas; 
• Ácidos nucléicos. 
 
Efeito duplo das EROs 
Estresse abiótico 
Geração de EROs 
PROTEÍNAS 
Inativação de 
enzimas e proteólise 
LIPÍDEOS 
Quebra de cadeias e 
fluidez de 
membranas 
DNA 
Oxidação da 
desoxirribose e 
quebra da fita. 
Apoptose ou necrose 
celular 
Morte programada de 
células 
Awasthi et al., 2015 
Efeito duplo das EROs 
• Estudos em células animais mostraram o efeito de sinalização; 
• Estudos em plantas da sinalização do H2O2: 
• Relacionado com a tolerância a estresses abióticos; 
• Pode provocar reações de defesa contra patógenos; 
• Relacionado a morte programada de células; 
• Embriogênese somática; 
• Resposta a injúrias. 
 
Efeito duplo das EROs 
• Plantas apresentam mecanismo para manter o equilíbrio de EROs; 
• Mecanismos enzimáticos e não enzimáticos; 
• Principais enzimas: 
• Superóxido Dismutase (SOD); 
• Catalase (CAT); 
• Ascorbato Peroxidase (APX); 
• Monodeidroascorbato Redutase (MDAR); 
• Glutationa Redutase (GR). 
 
 
Efeito duplo das EROs 
Figura 3. Principais sistemas de desintoxicação das 
plantas. 
Bailly, 2004 
EROs e fisiologia de sementes 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Fases do desenvolvimento e germinação de 
sementes. 
EROs e fisiologia de sementes 
• Embriogênese: 
• Em algumas espécies ↑ atividade e expressão de CAT e SOD; 
• Em outras ↓ atividade da CAT, ↑ H2O2, ↑ OH 
. (Polissacarídeos); 
• Totipotência se relaciona com EROs. 
EROs e fisiologia de sementes 
• Deposição de reservas: 
• Menos estudado; 
• H2O2 participa da deposição de lignina; 
 
• Tolerância à dessecação: 
• Potencial para formação de EROs durante desidratação; 
• ↑ atividade CAT e GR / ↓ atividade de SOD e APX; 
• Acúmulo de anxioxidantes não-enzimáticos. 
 
EROs e fisiologia de sementes 
• Germinação: 
• Eventos metabólicos, celulares e moleculares → protrusão radicular; 
 
 
 
• Acúmulo de radicais hidroxilas e superóxidos; 
• Aumento significativo de antioxidantes possibilitam a germinação. 
Reativação do 
metabolismo durante 
a embebição 
Fonte de EROs 
EROs e fisiologia de sementes 
• Ascorbato e glutationa reduzida também controlam síntese proteínas; 
• Influencia na elongação da radícula durante a protrusão; 
 
EROs também estão envolvidas com dormência 
e envelhecimento de sementes 
EROs, dormência e envelhecimento 
• Causas de dormência em sementes: 
• Impermeabilização do tegumento; 
• Processos intrínsecos do embrião. 
• Dormência pode ser aliviada por H2O2: 
• Amolecimento e permissão de absorção de água; 
• Balanço de ABA endógeno. 
 
 
EROs, dormência e envelhecimento 
• Envelhecimento de sementes durante o armazenamento; 
• Vigor é perdido devido a radicais livres; 
• Sistema antioxidante mantém longevidade de sementes; 
Figura 5. Envolvimento do mecanismo oxidativo no 
envelhecimento de sementes. 
Bailly et al., 1996, 1998, 2002 
Uma rede de sinalização celular 
• EROs agem em conjuntos com outros sinalizadores: 
• Hormônios (ABA, Giberelinas); 
• Cálcio; 
• Ácido jasmônico; 
• Ácido salicílico; 
• Oxido Nítrico; 
• Etileno. 
 
Conclusões 
• EROs e antioxidantes apresentam ampla função em sementes; 
• Estão envolvidos em sistemas complexos; 
• Área que ainda necessita de mais estudos. 
 
 
Referências bibliográficas 
• Bailly C.2004 Active oxygen species and antioxidants in seed biology. Seed Sci. Res.14:93–107 
• 
• Marcelo Pedrosa Gomes; Queila Souza Garcia. Reactive oxygen species and seed germination. 
Biologia68/3: 351—357, 2013 
• 
• Gomes M.P., Carneiro M.M.L.C, Nogueira C.O.G., Soares A.M. & Garcia Q.S. 2012. The system 
modulating ROS content in germinating seeds of two Brazilian savanna tree species exposed to As and 
Zn. Acta Physiol. Plant. DOI: 10.1007/s11738-012-1140-6 
• 
• Halliwell, B. and Gutteridge, J.M.C. (1999) Free radicals in biology and medicine (3rd edition). New 
York, Oxford University Press 
• 
• Bewley, J.D. and Black, M.(1994) Seeds. Physiology of development and germination (2nd edition). 
New York, Plenum Press. 
• 
• Noctor G., De Paepe R. & Foyer C.H. 2007. Mitochondrial redox biology and homeostasis in plants. 
Trends Plant. Sci.12:125 – 134 
• 
• Huang, A.H.C., Trelease, R.N. and Moore, T.S. (1983) Plant peroxisomes. London, Academic Press 
• 
• Gill S.S. & Tuteta N. 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress 
tolerance in crop plants. Plant Physiol. Biochem.48:909–930 
 
 
Obrigado