Fotomorfogênese[1]

Prévia do material em texto

Capítulo I
1.0 Introdução
O presente trabalho surge no ambito da cadeira de Fisilogia Vegetal lecionada na Universidade Save Extensao Massinga com o tema Fotomorfogênese: Fitocromo.
A fotomorfogenese é o desenvolvimento da planta influenciado pela luz, a planta pode perceber varios tipos de de sinais da luz e modificar seu corpo ou seu metabolismo em funcoes destes sinais. Existem moleculas fotorreceptoras que percebem o sinal da luz e desencadeiam uma via de transducao de sinais que ao final levará à mudança na planta. Em muitas espécies, a presença de luz estimula a germinção das sementes, isto é, aumenta a germinabilidde e velocidade de germinação.
Fitocromo é proteína de pigmento de planta, que absorve luz vermelha e então inicia respostas fisiológicas que governam processos sensíveis à luz como germinação, crescimento e floração. Existe em duas formas, FV e FVD, que são interconvertidas pela luz.
1.1 Objectivos
Geral
· Compreender a acção dos Fitocromos na Fotomorfogênese
· Identificar o efeito dos Fitocromos nas plantas
Específicos
· Definir Fotomorfogênese e Fitocromo
· Explicar a acção dos Fitocromos na Fotomorfogênese
1.2 Metodologia
O presente trabalho tem como metodologia a pesquisa bibliogáfica, cujas referencias constam na última página deste trabalho.
Resumo 
O fitocromo, um pigmento comumente presente em pequenas quantidade nos tecidos de plantas superiores, é sensível às transic~ioes entre luz e escuro. O pigmento pode existir sob suas formas, P660 e P730. O P660 absorve a luz vermelha de comprimento de onda de 660 nm e , desta forma, é convertido em P730. O P730 é convertido em P660 durante um período de horas no escuro; pode ser também converttido em P730. P730 é também responsavel pelas alterações que ocorrem nas plântulas á medida que emergem do solo para a luz, pela germinação de sementes e pelo desenvolvimento de antocianinas, que produzem as cores vermelho e púrpura de maçãs, nabos e couves. Seu mecanismo estudado, mas permance desconhecido. A alternação de periodos de crescimento e de repouso permite à planta sobreviver à escassez de água e atemperaturas extremas de calor ou frio.
Palavras-passe:Fotomorfogénese; Fitocromo;Luz vermelha; e Cromoproteina. 
CAPITULO II: Referencial Teórico 
2.1 Conceitos Básicos 
· Fotomorfogênese 
A fotomorfogenese é o desenvolvimento influenciado pela luz. A planta pode perceber vários tipos de sinais da luz e modificar seu coorpo ou seu metabolismo em função destes sinais (EDUARDO, s/d).
· Fitocromo 
Proteína de pigmento de planta, que absorve luz vermelha e então inicia respostas fisiológicas que governam processos sensíveis à luz como germinação, crescimento e floração. Existe em duas formas, FV e FVD, que são interconvertidas pela luz (EDUARDO, s/d).
2.2 Descoberta da Fotomorfogênese 
Certos efeitos fotomorfogenéticos podem observados comparando-se plântulas crescendo na luz com plântulas crescendo no escuro. As plântulas crescendo no escuro são estioladas (FERREIRA et. Al., 2008)
A plântula germinando no escuro precisa atingir a fonte de luz para se tornar fotossinteticamente ativa. Neste processo, como a germinação vai ocorrer no escuro, as reservas do endosperma são utilizadas principalmente para o alongamento do caule com pouco investimento na produção de folhas e de raízes (FERREIRA et. Al., 2008)
Na década de 1950, H. A. Borthwick, um botânico, S. B. Hendricks, um físico-químico, e outros colaboradores começaram um estudo do Espectro de Ação para diversos fenômenos como: germinação de sementes de alface, alongamento do caule de ervilha e controle fotoperiódico do florescimento. Um facto estimulante observação foi a similaridade do espectro de ação, com picos no vermelho e no vermelho distante, indicando a existência de um fotorreceptor comum para os processos estudados. Foi a descoberta a fotorreversibilidade, uma resposta potencializada pela luz vermelha poderia ser inibida se o tratamento com luz vermelha fosse seguido imediatamente pela luz vermelha distante (Idem).
A partir dessas observações, esses pesquisadores propuseram a existência de um novo sistema de pigmentos, o qual ficou posteriormente conhecido como Fitocromo. Segundo eles, o pigmento poderia existir em duas formas: uma forma com absorção no vermelho (Fv) e outra com absorção no vermelho extremo (FVD) (Idem). 
Os pesquisadores preveram 3 características do Fitocromo: 
Primeira: é fato de que as sementes e plântulas crescendo no escuro respondiam inicialmente à luz vermelha, e não ao vermelho distante, seria um indicativo de que o pigmento era sintetizado na forma Fv, o qual acumulava-se no escuro. Além disso, o fitocromo vermelho (Fv) seria estável e provavelmente inativo; 
Segunda: Como a luz vermelha promovia a germinação e outros processos, o fitocromo vermelho distante (FVD) seria, provavelmente, a forma ativa e o FVD seria aparentemente instável e, assim, poderia ser revertido no escuro para a forma Fv, numa reação dependente de temperatura. 
Terceira: O pigmento estaria presente em muito baixas concentrações, visto que ele não poderia ser “visto” em plântulas crescendo no escuro, as quais são livres de clorofila. Os pesquisadores sugeriram que o pigmento agiria cataliticamente e seria, provavelmente, uma proteína. Todas essas predições foram, posteriormente, comprovadas.
2.3 Acção do fitocromos na fotomorfogênese 
O fitocromo pode se interconverter entre as formas Pr e Pfr Em plântulas cultivadas no escuro ou estioladas, o fitocromo está presente na forma que absorve a luz vermelha, sendo referido como Pr. Essa forma inativa de coloração ciano-azul é convertida pela luz vermelha em uma forma que absorve luz vermelho-distante chamada de Pfr, que é de cor ciano-verde pálido e considerada a forma ativa do fitocromo. Pfr pode voltar à forma inativa Pr no escuro, mas esse processo é relativamente lento. No entanto, Pfr pode ser rapidamente convertido em Pr por irradiação com luz vermelho-distante. Essa propriedade de conversão e reconversão, denominada fotorreversibilidade (também referida como fotocromismo), é a característica mais marcante do fitocromo e pode ser medida in vivo ou in vitro (KERBAUY, 2004).
Com resultados quase idênticos. Com frequência, isso é esquematizado da seguinte forma:
A fotorreversibilidade é, portanto, uma característica definidora dos fitocromos. Mesmo fitocromos de algas com picos de absorção nas regiões de laranja, verde ou azul do espectro exibem fotorreversibilidade em um comprimento de onda diferente. É importante observar que o pool de fitocromo nunca está totalmente convertido às formas FVD ou FV após irradiação com luz vermelha ou vermelho-distante, porque os espectros de absorção dessas formas se sobrepõem. Assim, quando as moléculas do FV são expostas à luz vermelha, a maior parte delas absorve os fotões e é convertida em FVD, porém parte do FVD produzido também absorve a luz vermelha e é convertida de volta a FV. A proporção de fitocromo na forma FVD, após saturação com luz vermelha, é de aproximadamente 88%. De modo similar, a pouquíssima quantidade de luz vermelho-distante absorvida pelo FV torna impossível a conversão completa do FVD em FV pela luz vermelho-distante de espectro amplo. Em vez disso, é atingido um equilíbrio de 98% de FV e de 2% de FVD. Esse equilíbrio é denominado estado fotoestacionário (KERBAUY, 2004).
2.3.1 Luz e germinação de sementes 
Os fitocromos estão muito envolvidos entre outros processos fisiologicos como na germinação das sementes de certas espécies de planta. Algumas sementes precisam de um estímulo luminoso para poder germinar e outras não precisam do estímulo luminoso para germinar, considerando que estas que não precisam contêm muitas substâncias nutrutiva. A planta da alface por exemplo, precisa de estímulo luminoso para germinar pois possuem poucas reservas nutrutivas (KERBAUY, 2004).
Alface Germinação
Escuro-----------------------2%
Vermelho--------------------90%
Vermelho extremo------------1%
O efeito da luz na germinação é denominado fotoblastismo. As sementes que necessitamde luz para germinar são chamadas fotoblasticas positivas; e as que não necessitam de luz para germinar são denominadas fotoblásticas negativas. Sementes fotoblásticas positivas necessitam de estímulos porque nelas o processo de germinação é induzido pelo fitocromo FVD. Que se forma durante o período de exposição à luz. 
A função de fitocromo FVD na germinação pode ser demonstrado expondo-se sementes fotoblasticas positivas, como as de alface, a lampejos alternados de luz vermelha com comprimento de onda 660 nm, e de luz vermelho distante de comprimento de onda 660 nanômetros. Independentemente de quantos lampejos forem dados, a semente só irá responder ao último lampejo. Se o ultimo lampejo for de luz vermelha, as sementes permanecem dormentes, este facto é o facto da luz vermelha induzir a conversão do Fitocromo FV em Fitocromo FVD, enquanto a luz vermelha distante induz a conversão do fitocromo FVD em FV (Idem) 
As sementes germinam 2% no escuro porque no processo de formação da semente acredita-se que um pouco de fitocromo na forma activa é armazenado. 
2.3.2 Luz e Estiolamento
 As sementes são fotoblásticas negativas germinando mesmo quando enterradas profundamente no solo. Nesses caso, o caulóide alonga-se rapidamente no solo e o gancho de germinação só se desfaz na superficie do solo, após a planta entrar em conctato com a luz (SANTOS, 2004).
O estiolamento corresponde ao crescimento que faz-se sentir na ausência da luz enquanto a jovem planta está sob o solo. Trata-se de um processo adaptativo, pois o crescimento rápido faz a planta atingir logo a superficie. Por outro lado, a manuntenção do gancho culinar na ausência da luz evita o conctato directo da gema apical e da primeiras folhas com as particulas de solo, o que poderia acarretar danos às frágeis estruturas da jovem planta.
As plantas que desenvolvem no escuro apresentam caule muito alongado devido ao grande crescimento dos entrenós, folhas pequenas, persistências do gancho de germinação, cor amarelada. Essa caracteristicas deve-se ao facto da ausência do Fitocromo FVD (SANTOS, 2004).
2.4 Estrutura Química do Fitocromo 
Fitocromo é uma cromoproteína, compreendendo um cromóforo e uma apoproteína. O cromóforo é constituida por 4 anéis denominaos A,B,C e D e é uma cadeia aberta tetrapirrólica.
O anel A do cromóforo é covalentemente ligado à apoproteína através de uma ligação tioéter a um resíduo de cisteína. As propriedades fotoquímicas do fitocromo resultam da complexa interação entre o cromóforo e a apoproteína (SANTOS, 2004).
O fitocromo em plântulas crescendo no escuro, indicam que ele apresenta uma absorção máxima em 667 nm para a forma de fitocromo vermelho (Fv) e em 730 nm para a forma vermelho distante (FVD).
Os estudos com fitocromo de aveia mostraram que a proteína é relativamente hidrofílica, a qual é mais consistente com o modelo de uma proteína globular solúvel do que uma proteína intrínseca de membrana.
Como supracitado, é geralmente aceito que o fitocromo vermelho (Fv) é biologicamente inativo e que a formação do Fve inicia uma ativa resposta fisiológica, estas diferenças estruturais entre Fv e FVD e se essas diferenças explicam a atividade biológica e o cromóforo como a apoproteína acredita-se que devam sofrer mudanças de conformação como pode-se observar ana seguinte estrutura: 
Enquanto a proteína apoproteína é sintetizada no núcleo, a fitocromobilina é sintetizada nos plastídios. A maioria das respostas de morfogênese é estimulada pela luz vermelha λ 650-680 nm, como mencionado em outros itens, a qual permite a conversão do cromóforo da forma isomérica Cis para a forma Trans, que é a forma ativa do fotorreceptor. Já a iluminação com vermelho distante, λ 700-800 nm, anula a resposta do fitocromo, pois este reverte para a forma original, λ 650-680 nm, isômero Cis, forma inativa do fotorreceptor (SANTOS, 2004).
2.5 Respostas de plantas induzidas no total por fitocromo
Os tipos de respostas induzidas pelo fitocromo podem ser agrupados logicamente, para facilidade de discussão, em eventos bioquímicos rápidos e eventos morfológicos mais lentos, incluindo movimento e crescimento. Algumas das respostas bioquímicas iniciais afetam respostas morfológicas posteriores (Idem).
2.5.1 Respostas à fluência muito baixa (VLFRs) 
Algumas respostas do fitocromo podem ser iniciadas por fluências baixas de até 0,0001 μmol m–2 (alguns segundos sob o brilho das estrelas ou um décimo da quantidade de luz emitida por um vagalume em um único flash) e tornam-se saturadas (i.e., atingem um máximo) por volta de 0,05 μmol m–2. Por exemplo, as sementes de Arabidopsis podem ser induzidas a germinar com luz vermelha na faixa de 0,001 a 0,1 μmol m–2. Em plântulas de aveia cultivadas no escuro, a luz vermelha pode estimular o crescimento do coleóptilo e inibir o crescimento do mesocótilo, sob fluências baixas semelhantes. As VLFRs não são fotorreversíveis. A pouquíssima quantidade de luz necessária para induzir as VLFRs converte menos de 0,02% do fitocromo total em Pfr. Como a luz vermelho-distante, que normalmente inverteria um efeito de luz vermelha, converte apenas 98% do Pfr em Pr, cerca de 2% do fitocromo permanecem como Pfr – significativamente mais do que o 0,02% necessário para induzir as VLFRs. Em outras palavras, a luz vermelho-distante não pode reduzir a concentração de Pfr abaixo de 0,02%, de modo que ela é incapaz de inibir as VLFRs. Embora as VLFRs não sejam fotorreversíveis, os espectros de ação para VLFRs são semelhantes aos das LFRs, que apoiam a visão de que o fitocromo é o fotorreceptor envolvido em VLFRs. Essa hipótese foi confirmada usando mutantes com deficiência de fitocromo, conforme descrito posteriormente neste capítulo (SANTOS, 2004).
2.5.2Respostas à baixa fluência (LFRs) 
Outro conjunto de respostas do fitocromo não pode ser iniciado antes de a fluência atingir 1,0 μmol m–2 e é saturado por volta de 1.000 μmol m–2. Estas respostas de baixa fluência (LFRs) incluem processos como a promoção da germinação de sementes de alface, a inibição do alongamento do hipocótilo e a regulação dos movimentos foliares. O espectro de ação da LFR para a germinação das sementes de Arabidopsis inclui um pico principal para a estimulação na região do vermelho (660 nm) e um pico maior de inibição na região do vermelho-distante (720 nm). Tanto as VLFRs quanto as LFRs podem ser induzidas por breves pulsos de luz, uma vez que a quantidade total de energia luminosa atinja o total de fluência requerido pela resposta. O total de fluência é uma função de dois fatores: a taxa de fluência (μmol m–2 s–1) e o tempo de irradiação. Assim, um breve pulso de luz vermelha induzirá uma resposta, desde que a luz seja intensa o suficiente; por outro lado, uma luz muito fraca irá funcionar se o tempo de irradiação for suficientemente longo. Essa relação recíproca entre a taxa de fluência e o tempo de irradiação é conhecida como lei da reciprocidade. Tanto as VLFRs quanto as LFRs obedecem a essa lei, isto é, a magnitude da resposta (p. ex., o percentual de germinação ou o grau de inibição do alongamento do hipocótilo) depende do produto da taxa de fluência e do tempo de irradiação. No entanto, a reciprocidade é válida apenas quando a absorção de fótons pelo fotorreceptor estudado é a etapa limitante da velocidade na resposta a ser estudada. A reciprocidade é confundida quando qualquer etapa entre a ativação do fotorreceptor e a resposta medida (p. ex., o alongamento do hipocótilo) torna-se limitante. Assim, o conceito de reciprocidade é difícil de demonstrar para muitas respostas (SANTOS, 2004).
2.5.2 Respostas à alta irradiância (HIRs) 
O terceiro tipo de resposta do fitocromo é denominado respostas à alta irradiância (HIRs). As HIRs requerem uma exposição prolongada ou contínua à luz de irradiância relativamente alta. A resposta é proporcional à irradiância, até que a resposta sature e a luz adicional não tenha mais efeito. A razão pela qual essas respostas são chamadas de respostas à alta irradiância em vez de respostas à alta fluência é que elas são proporcionaisà taxa de fluência – o número de fótons atingindo o tecido vegetal por segundo – em vez de serem proporcionais à fluência – o número total de fótons que atinge a planta em um dado período de iluminação. As HIRs saturam em fluências muito mais altas do que as LFRs – pelo menos cem vezes maior. Visto que nem a exposição contínua à luz fraca nem a exposição transiente à luz brilhante podem induzir as HIRs, essas respostas não obedecem à lei da reciprocidade. Muitas das, em particular as envolvidas no desestiolamento, também se qualificam como HIRs. Por exemplo, em baixa fluência, o espectro de ação para a produção de antocianina em plântulas de mostarda-branca (Sinapis alba) é indicativo de fitocromo e apresenta um único pico na região vermelha do espectro. O efeito é reversível com a luz vermelho-distante (uma propriedade fotoquímica única dos fitocromos), e a resposta obedece à lei da reciprocidade. Todavia, se as plântulas cultivadas no escuro são expostas à luz de alta irradiância por várias horas, o espectro de ação agora incluirá picos nas regiões do vermelho-distante e do azul, o efeito deixa de ser fotorreversível e a resposta torna-se proporcional à irradiância. Assim, o mesmo efeito pode ser tanto uma LFR quanto uma HIR, dependendo da história de uma plântula à luz (SANTOS, 2004).
2.6 Cooperação entre os fotosensores 
A maioria das plantas cresce em um ambiente claro composto de uma mistura de qualidades e quantidades de luz, ativando simultaneamente vários fotorreceptores. Os sinais desses receptores são integrados por uma grande quantidade de componentes compartilhados a baixia e por interações diretas entre pelo menos um subconjunto dos próprios fotorreceptores. A curvatura fototrópica do hipocótilo é um exemplo bem caracterizado de cross-talk entre fotorreceptores. Embora os principais efeitos desse crescimento assimétrico ocorram por meio da percepção de luz azul mediada por fototropina, há muito se sabe que há uma modulação reversível vermelho / vermelho distante dessa resposta. Estudos recentes mostraram que este aumento da luz vermelha da curvatura fototrópica é mediado por PHYA, em um exemplo único de uma resposta PHYA de baixa fluência e reversível ao vermelho distante. Os criptocromos interagem geneticamente com vários fitocromos. PHYB e CRY2 mostraram co-localizar fortemente in vivo, e PHYA pode fosforilar CRY1 e CRY2 in vitro (SANTOS, 2005).
Estudos de microarray realizados em luz vermelha distante sugerem uma mudança rápida e massiva na expressão gênica em resposta ao tratamento com luz, com um efeito particularmente grande nos fatores de transcrição. Essa resposta complexa é provavelmente observada em todas as condições de luz e pode ser mediada por diferentes classes de proteínas que interagem com fotorreceptores. Conforme descrito em detalhes em Mecanismos de Sinalização de Fitocromo, grande parte da resposta à luz é canalizada através dos repressores DET / COP / FUS de deetiolação. A COP1 se move entre o núcleo e o citosol de uma maneira dependente da luz e reprime a desetiolação, pelo menos em parte, ao direcionar o fator de transcrição HY5, localizado no núcleo, que promove a resposta à luz, para degradação no escuro. Esta degradação é provavelmente mediada pela ação do complexo COP9 ou sinalossomo COP9 (doravante denominado CSN). COP1, HY5 e o CSN atuam a jusante de PHYA, PHYB, CRY1 e CRY2. Mutações no gene que codifica SUB1, uma proteína de ligação de Ca +2, causam hipersensibilidade à luz azul e vermelha distante SUB1 provavelmente atua como um ponto de integração entre os criptocromos e os fitocromos, regulando negativamente o acúmulo de HY5 induzido pela luz. Surpreendentemente, recentemente foi demonstrado que COP1 interage diretamente com CRY1 e, possivelmente, também com CRY2 e PHYB. DET1, uma proteína nuclear com funções prováveis na remodelação da cromatina, também está a jusante de todos os principais fotorreceptores (SANTOS, 2005).
2.7 Efeito positivo da UV-B: Síntese de glicosídeo flavona na cultura de células em suspensão
2.8 Fotomorfogênese nos fungos
O bolor limoso e as bacterias também contém fitocromos. Os fungos são ideias para investigar a fotobiologia. Eles geralmente são haploides, portanto, uma única mutação resulta em um fenótipo; eles podem detectar comprimentos de onda de luz em todo o espetro visível e em ampla faixa dinâmica, desde a luz das estrelas até a luz solar total; e evidências fisiológicas e projectos de sequenciamento do genima revelaram que as quatro classses de fotorreceptores encontras em outros reinos são conservadas nos fungos. Por exemplo, o fotossensor modelo Neurospora de luz azul WC-1 e VIVID, que contém um domínio LOV (luz, oxigénio, voltagem) de ligação de flavina como aquelees das fototropinas vegetais e outros fotorreceptores vegetais (SANTOS, 2005).
Substituir o dominio LOV WC-1 pelo fotorreceptor phot1 ou FKF1 da planta produz uma proteina que é hiperfosforilada em resposta a luz. 
O fitocromo FphA de A.nidulans representa um novo fotorreceptor que rege a fotopercepção vermelho/vermelho distante é detectado pelo fitocromo (Hk, histidina quinase; RR, regulador de resposta), verde pela opsina e azul/UV-A pelo branco colar 1(PAS, Per-Arnt-Sim) e VIVID, é possivelmente criptocromos. 
Em outros fungos além de N. crassa, muito menos se sabe sobre os mecanismos de fotossensibilidade, embora respostas fotobiológicas tenham sido relatados em mais de uma centena de espécie. 
O sistema de detecção de luz azul WC-1/WC-2 foi recentemente documentado para funcionar no filo de fungos basidiomicetos que divergiu de N. crasssa há mais de 500 milhões de anos. Um sensor de luz vermelha/vemelha semelhante ao fitocromo tem sido sugerido em ascomicetos há décadas, mas nenhuma proteína foi caracterizada. 
Aspergillus nidulans agora está no centro das atenções neste contexto de extensa evidência para fotossensibilização e a crescente evidência genômica para fotorreceptores. A luz vermelha é sinal de parar o desenvolvimetno assexuado neste fungo. A. Nidulans detecta luz vermelha distante de uma maneira que lembra os fitocromos vegetais; luz vermelha aumenta aumenta a produção de esporos assexuados e um pulso vermelho distante bloqueia essa indução (SANTOS, 2005).
EDUARDO, C..Anatomia, Hiatologia e Fisiologia Vegetal. Disponivel em: https//:www.passeidireto.com. Acessado no dia 07/01/2021
FERREIRA, M. M.M. et.al.. Fotomorfogênese. Universidade Federal de Roraima. 2008
KERBAUY, B. G.. Fisiologia Vegetal. 2004
SANTOS, D. M. M. D.. Fotomorfogênese. UNESP. Jaboticabal. 2004
SANTOS, D. M. M. D.. Fisiologia Vegetal. UNESP. Jaboticabal. 2005