Aminoácidos Essenciais em Plantas Hortícolas

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INTRODUÇÃO 
Para alimentar a crescente população mundial, aumentar o rendimento das culturas não é o único fator importante, melhorar a qualidade das culturas também é importante e apresenta um desafio significativo. Entre as culturas importantes, as hortícolas (principalmente frutas e vegetais) fornecem inúmeros compostos para a saúde, como vitaminas, antioxidantes e aminoácidos. Os aminoácidos essenciais são aqueles que não podem ser produzidos pelo organismo e, portanto, devem ser obtidos da dieta, principalmente de carne, ovos e leite, além de uma variedade de plantas. Esforços extensos foram dedicados ao aumento dos níveis de aminoácidos essenciais nas plantas. No entanto, esses esforços foram alcançados com muito pouco sucesso devido aos recursos genéticos limitados para o melhoramento de plantas e porque o alto conteúdo de aminoácidos essenciais geralmente é acompanhado pelo crescimento limitado das plantas. Com um profundo entendimento das vias biossintéticas dos aminoácidos essenciais e suas interações com as redes reguladoras das plantas, deve ser possível usar a engenharia genética para melhorar o conteúdo de aminoácidos essenciais das plantas hortícolas, tornando essas plantas culturas nutricionalmente mais favoráveis. 
Aminoácidos essenciais são aqueles que não são produzidos em seres humanos e animais de fazenda; assim, eles devem ser obtidos de fontes externas, que geralmente são plantas. Existem nove aminoácidos essenciais, lisina (Lys), metionina (Met), treonina (Thr), fenilalanina (Phe), triptofano (Trp), valina (Val), isoleucina (Ile), leucina (Leu) e histidina ( His). 
O nível de quatro desses aminoácidos, Lys, Met, Thr e Trp, são os aminoácidos essenciais mais limitantes nas plantas, ou seja, eles estão presentes em pequenas quantidades, em comparação com os níveis necessários para o crescimento ideal de humanos e outros animais. Grandes populações nos países em desenvolvimento, cujas dietas são em grande parte de origem vegetal, têm níveis insuficientes desses aminoácidos essenciais, o que pode levar a doenças graves e devastadoras. Portanto, para prevenir essas doenças, é essencial enriquecer o conteúdo essencial de aminoácidos de culturas e plantas hortícolas (principalmente frutas e legumes), que são as principais fontes de alimento humano e ração animal nesses países.
METABOLISMO DO AMINOACIDOS ESSENCIAS NAS PLANTAS
 A lisina é considerada o aminoácido essencial mais limitante em cereais e leguminosas, ou seja, está presente na menor quantidade. Assim, foram feitos extensos esforços para melhorar o conteúdo de Lys nas plantas, especialmente em sementes, que são as principais fontes de alimento humano e ração animal nos países em desenvolvimento. A via da lisina é regulada principalmente por duas enzimas principais, a saber, aspartato quinase (AK), que é a primeira enzima da via da família Asp, e a diidrodipicolinato sintase (DHPS) insensível à realimentação (DHPS), a primeira enzima específica para a síntese de lisina. No entanto, a lisina é degradada eficientemente por seu catabolismo no ciclo tricarboxílico (TCA), uma via iniciada pela enzima bifuncional lisina-cetoglutarato redutase (LKR) / sacaropina desidrogenase (SDH).
Thr, Met e Ile, três aminoácidos essenciais adicionais, gerados por outro ramo da via biossintética da família Asp. também desempenham papéis críticos no crescimento das plantas e na nutrição humana. Nas plantas, a aspartato quinase (AK) e a homoserina desidrogenase (HSD), duas enzimas chave da via Asp, ocorrem como proteínas mono- ou bifuncionais cuja realimentação regulada por Thr. Além disso, o nível de Thr é regulado por seu catabolismo. A síntese de Met inicia-se a partir de um intermediário da via Asp, O-fosfohomoserina. Além disso, o nível de Met também é regulado por suas enzimas catabólicas. Em particular, o Met é o aminoácido essencial mais limitante nas culturas de cereais e leguminosas, essa limitação leva a sinais inespecíficos de deficiências de proteínas em humanos, como resistência reduzida a doenças. A via biossintética Val começa com o piruvato e a biossíntese de Leu começa com 3-metil-2-oxobutanoato. Existem quatro enzimas na biossíntese de Val e Leu: aceto-hidroxiácido sintase (AHAS), reductoisomerase de ácido cetol (KARI), di-hidroxi-ácido-desidratase (DHAD) e aminotransferase de cadeia ramificada (BCAT). Os níveis de Val e Leu também são elevados por tensões ambientais e são igualmente elevados por estresse de seca, alta luz e estresse térmico. 
 Dois aminoácidos essenciais, Trp e Phe, são importantes aminoácidos aromáticos (AAA) necessários para a biossíntese de proteínas, que também são os precursores de vários produtos naturais nas plantas, como pigmentos, hormônios e alcaloides. 
Embora a regulação de algumas vias biossintéticas de aminoácidos essenciais tenha sido extensivamente estudada em plantas modelo, como Lys e Met, as plantas hortícolas não são totalmente compreendidas, limitando os esforços de criação e engenharia para melhorar os níveis dos aminoácidos essenciais.
FORTALECER AS CULTURAS HORTICOLAS COM OS AMINOACIDOS ESSENCIAS LYS, MET, THR E TRP PAR MELHORAR SUA QUALIDADE NUTRICIONAL. 
Nas últimas décadas, métodos tradicionais de reprodução e mutagênese foram aplicados para aprimorar o conteúdo de aminoácidos essenciais das plantas e, nos últimos anos, obtivemos uma compreensão detalhada das enzimas envolvidas na biossíntese, degradação e regulação de aminoácidos essenciais em Arabidopsise outras plantas modelo. Esses estudos tornaram possível aplicar abordagens de engenharia genética para melhorias dos níveis essenciais de aminoácidos em plantas hortícolas. No entanto, o aumento dos níveis desses aminoácidos essenciais nas plantas ainda é difícil, porque (i) as vias sintéticas de alguns aminoácidos essenciais, como Lys, Leu, lle, Val, Phe, Trp, são fortemente reguladas por um loop de feedback negativo; e (ii) os aminoácidos essenciais direcionados são eficientemente degradados pelo catabolismo, por exemplo, Lys, que é degradada no ciclo tricarboxílico (TCA) . 
Os níveis de Lys são particularmente baixos nas culturas, e foram feitos extensos esforços para melhorar o conteúdo de Lys em Arabidopsis e em várias culturas, principalmente arroz e milho, levando a níveis significativamente mais altos de Lys.
Como a biossíntese e o catabolismo de Lys são bem caracterizados em plantas, foi possível alcançar resultados desejáveis ​​em plantas hortícolas. Alguns dos primeiros estudos que tiveram como objetivo melhorar os níveis de lisina em plantas de horticultura concentrados na expressão das enzimas DHPS intensivas em feedback de lisina, como expressão em batata, soja e canola, levaram a um aumento notável da lisina livre. 
O Met é o aminoácido essencial mais limitante das plantas, e vários métodos tradicionais de reprodução, mutagênese e abordagens de engenharia genética foram aplicados para aumentar os níveis de Met. No entanto, os métodos tradicionais de melhoramento de plantas geralmente são alcançados com um sucesso muito limitado [ 3 ]; portanto, os esforços mais atuais estão focados no uso de abordagens de engenharia genética em Arabidopsis e plantas hortícolas. Semelhante à lisina, a maioria das tentativas de elevar o conteúdo concentrou-se em melhorar a síntese ou reduzir o catabolismo da Met. 
CONCLUSÕES 
O melhoramento tradicional não conseguiu aumentar os níveis de aminoácidos essenciais nas plantas, especialmente nas hortícolas, devido à disponibilidade limitada de recursos genéticos e mutantes. Pesquisas aprofundadas sobre os caminhos dos aminoácidos essenciais e suas interações com as redes reguladoras das plantas sugerem que os métodos de engenharia genética podem ser mais promissores. Em geral, três abordagens principais foram usadas para aumentar os níveis de aminoácidos nas plantas, (i) aumentar a eficiência da síntese de aminoácidos; (ii) impedir a degradação de aminoácidos (catabolismo); e (iii) combinar (i) e (ii) na mesma planta. Embora essas abordagens tenham sido consideravelmentebem-sucedidas em modelos e plantas de cultivo, em plantas de horticultura, esses estudos ainda estão na infância.
SLIDES
O QUE É ENZIMAS ESSENCIAS?
QUAIS SÃO?
AMINOACIDOS MAIS LIMITANTES?
EXPLICAR UM POR UM DOS 4
AMINOACIDOS NAS PLANTAS E HORTALIÇAS 
CONCLUSÃO.