¡Descarga Descubrimiento y funciones de las citokininas - Prof. Tolrà y más Apuntes en PDF de Fisiología solo en Docsity!
TEMA 5: LES CITOQUININES
26.Setembre.2013.
Les citoquinines van ser descobertes l’any 1913 per Haberlandt treballant in vitro i no aconsegueix dividir teixits sinó hi ha teixits vasculars alguna substància en aquests teixits vasculars és capaç d’induir la divisió. Només aconseguia dividir teixit si en el seu tros de teixit hi havia cèl·lules vasculars. També Haberlandt posteriorment comprova que amb matxucat de cèl·lules al voltant d’una ferida s’augmenta la divisió cel·lular a les vores el cicatritzant natural per excel·lència són les auxines. Altres van provar a fer servir llet de coco i pastanaga però no van obtenir cap resultat. Fou Skoong, a finals dels anys 70, va ser qui en un cultiu va aconseguir aïllar per primera vegada una citoquinina però ho va aconseguir amb l’auxina. Comprova però que no és suficient de manera que cal una substància inductora de la divisió cel·lular. Finalment es troba en esperma d’arenga en mal estat (degradat) un component actiu que actua sobre la citocinesi i que va ésser anomenat citoquinina. Als anys 70, Miller va ser el primer que va aconseguir aïllar la primera citoquinina natural en planta. Ho va fer en llavor de Zea mays i va anomenar-la zeatina que és la citoquinina que més abundant és naturalment En general, una bona font de citoquinines, la constitueixen els fruits i les llavors immadures observant-se en aquestes un augment de les citoquinines durant la germinació. En hidrolitzats de t-RNA de plantes, animals i microorganismes, es troben també citoquinines. Les citoquinines participen en la divisió cel·lular però sempre necessiten anar acompanyades d’auxines. La zeatina és una base púrica (adenina) amb un radical de cinc carbonis que conté un metil i un doble enllaç i que prové l’isopentanil pirofosfat (IPP) del qual també provenien les Gibberel·lines. La zeatina té dos possibles isomeries:
o Cis: no és fisiològicament activa. o Trans: és la que té activitat fisiològica. La zeatina en planta es coneix en 3 formes diferents dins la planta: o Trans-zeatina. o Dihidro-zeatina: hidratada. o Benzil-aminopurina (BAP): és la segona més abundant. És bastant més fàcil d’extreure que la pròpia zeatina. Aquests components en planta es poden trobar lliures o units a diversos sucres. El sucre al que més s’uneixen és una ribosa i per tant, l’anomenem ribòsid. L’aïllament de les citoquinines, es fa mitjançant tècniques anàlogues a les descrites per a altres hormones, és a dir, extracció amb mescles hidroalcohòliques i partició en solvents seguit d’una posterior purificació dels extractes mitjançant cromatografia en paper, capa fina o columna. La identificació es fa mitjançant cromatografia de gasos i espectrometria de masses. Com ja hem vist amb les auxines i també les gibberel·lines, l’extracció, purificació i detecció de citoquinines es basa en la sensibilitat i especificitat dels assajos biològics. A més de la zeatina citada anteriorment, altres substàncies amb activitat citoquinina van ser aïllades en altres plantes tot i que fins a dia d’avui la que presenta una distribució més universal sigui precisament la zeatina. Les citoquinines es mouen poc o res en les plantes. Així en afegir aminoàcids o altres molècules marcades, aquestes es desplacen cap al lloc d’aplicació de la citoquinina i s’acumulen en les seves proximitats. En estudiar la dominància apical també es comprova que les citoquinines són pràcticament immòbils. Tot i això, la presència de citoquinines tant en xilema com en floema de les plantes, indiquen que aquestes hormones es transporten a través d’ambdós teixits però mai ho faran lliurement sinó conjugades amb un ribòsid. A més, el transport no és polar. El transport pot ser ascendent a través del Xilema o descendent per redistribució via Floema en forma de metabolitzacions de les citoquinines. Quan la fulla assoleix el seu màxim desenvolupament, les citoquinines són metabolitzades i els seus metabòlits són exportats via floema a altres òrgans, probablement, cap als fruits. Veiem doncs que el moviment de les citoquinines en plantes no es
Existeix una altra gama de processos en els quals les citoquinines actuen influint sobre la diferenciació com pot ser: maduració de proplastidis en cloroplasts, inducció de la partenocàrpia en fruits i inducció de la floració en plantes que requereixen fred o dies llargs per poder florir. Una altra activitat de les citoquinines, és la capacitat que tenen de retrassar la senescència gràcies a que retarden el temps de desaparició de la clorofil·la i la degradació de les proteïnes que acompanya a l’envelliment en fulles. En vista de totes aquestes dades, sembla ser que les citoquinines participen en processos d’envelliment en condicions naturals ja que està perfectament demostrat el seu paper com a agents mobilitzadors dirigint el moviment de nombroses substàncies cap a diverses àrees de la planta on s’apliquen. Dins la planta les citoquinines es troben en concentracions molt baixes, de l’ordre de μg. Totes les dades que es tenen avui en dia indiquen que les citoquinines se sintetitzen en els àpex de les arrels. D’altra banda però, la quantitat de citoquinines que s’extreuen dels àpex és major que la que s’extreu en zones properes. Això ens indica que les arrels a més de jugar un paper com a porta d’entrada a la planta de l’aigua i nutrients, té també un paper important a l’hora de subministrar citoquinines a la tija. Tot i això, hi ha proves de que les citoquinines poden sintetitzar-se en altres llocs de la planta. De fet, s’ha vist que hi ha plantes que poden desenvolupar fruits tot i que es tallin les arrels de la base de la tija la qual cosa ens indica que el desenvolupament d’aquests fruits o, fins i tot, de les llavors que emmagatzema no depèn del subministre de citoquinines de les arrels degut que en aquest cas aquestes no existeixen. Sembla que el lloc on pot realitzar-se la síntesis d’aquestes citoquinines, és en llavors en desenvolupament ja que aquestes presenten una gran activitat citoquinina quan es valoren extractes de les mateixes. Les citoquinines se sintetitzen a la part apical jove de les arrels i també es troba de manera notable en l’endosperma de les llavors. Hi ha presència de citoquinines a tota la planta però com a llocs més claus, els dos anteriorment esmentats. Això comporta que es troben directament implicades i directament
influenciades per les auxines de manera que és molt complicat saber si una funció està directament regulada per les auxines o per les citoquinines. La biosíntesi de les citoquinines es caracteritza perquè hi convergeixen dues rutes diferents: o Ruta dels terpens que transfereix IPP. o Ruta de les bases púriques: comencem amb una base mai està lliure sinó que és una adenina unida a quelcom com per exemple fosfat formant AMP. L’AMP s’uneix a l’IPP donant lloc a l’isopentenil (que és un ribòsid) el qual ens dóna l’isopenteniladenosina (que és un ribòtid) i d’aquí passem a l’isopenteniladenina que és una base lliure que ens donarà lloc a diverses citoquinines de tipus de zeatina. Els ribòsids de citoquinines i els seus 5’ mono-, di i tri-fosfats, són les formes més freqüents de trobar les citoquinines naturals. La regulació d’aquesta síntesi, es fa mitjançant un descens del material ja que no pot anar augmentant el nivell de les citoquinines dins la cèl·lula sense control. Hi ha 4 transformacions principals que pot experimentar una molècula de citoquinina: conjugació, hidròlisis, reducció i oxidació. Quan tenim la molècula, les regulacions es fan gràcies a l’enzim citoquinina oxidasa la qual ens trencarà la citoquinina donant-nos l’adenina com a molècula lliure la qual serà degradada en amoni i urea. En el moment en que la citoquinina és oxidada per l’enzim citoquinina oxidasa, la citoquinina perd tota la seva activitat hormonal. La oxidació de cadena lateral és el més freqüent que li pot succeir a la citoquinina aplicada exògenament a un teixit, donant lloc a adenina, adenosina i nucleòtids d’adenina. Com a conseqüència, es perd l’activitat citoquinina i constitueix un mecanisme de regulació dels nivells de les citoquinines en els teixits. L’adenina entre al metabolisme de la planta i serà reciclada perquè serà novament degradada en components de nitrogen que podran entrar de nou al cicle del nitrogen en el qual es formaran totes les molècules nitrogenades. En cas de que la molècula no sigui degradada directament, tindrem el mecanisme de regulació de les conjugacions que podran ser reversibles o irreversibles.
citoquinines en la traducció mediada per tRNA. Malgrat tot, últimament s’han aixecat diverses objeccions a aquesta teoria degut a que en el tRNA de blat es troba la forma cis -zeatina mentre que la citoquinina natural és trans -zeatina la qual cosa fa que sigui un candidat improbable per a la síntesis de tRNA. Existeix una altra possible via d’actuació de les citoquinines i és que s’uneixin a la cromatina del nucli. Es va observar que la cromatina extreta en plantes tractades prèviament amb citoquinines, mostrava una major activitat transcripcional, suposant que això seria conseqüència de la interacció de la cromatina amb la citoquinina i no de canvis en l’activitat RNA polimerasa o algun altre sistema. Si es demostra la unió citoquinina cromatina, això podria ser la base d’un control directe de la transcripció per part de les citoquinines tot i que la experimentació actual va en el sentit d’un control de la traducció més que de la transcripció. Les citoquinines presenten les característiques següents: o Estructura que presenta una base púrica. La zeatina presenta adenina com a base púrica. o Es transporta per dins la planta com a estructura conjugada en forma de ribòsid i es transporta via xilema i via floema. o Les funcions fisiològiques que té són les següents: Estimula la divisió cel·lular sempre i quan hi hagi presència d’auxina. Estimula el creixement en fulles: augmenten el nombre de cèl·lules. Les auxines estimulen també l’expansió d’aquestes cèl·lules. Estimula la morfogènesi: en aquest cas estimula en la caulogènesi que és la generació de la tija. Fent servir un petit teixit in vitro i el submergim en diverses concentracions d’auxina-citoquinina. Si no hi ha ni auxina ni citoquinina, no hi haurà creixement. Si a aquest tros de teixit, li aportem una quantitat similar tant d’auxina com de citoquinina, el que obtenim és tot un seguit de divisió cel·lular en la qual no hi ha diferenciació cel·lular. Obtenim una estructura anomenada Callus. Si posem el mateix explant i en el medi posem molta més
auxina que citoquinina, aconseguirem que es produeixi un procés de rizogènesi. Si posem l’explant en el medi amb més concentració de citoquinina que d’auxina, el que aconseguirem és que es produeixi és el procés de caulogènesi. Si el teixit el submergim en un medi que no hi hagi auxina però que si que hi hagi citoquinina en la quantitat que posàvem per tal que ens produís el Callus, no aconseguirem que el tros de teixit creixi. Inhibeix el tancament estomes induït per ABA (àcid abscíssic). Inhibeix la dominància apical (escombra de bruixa) les auxines promovien aquesta dominància apical. Les citoquinines contrarresten aquest efecte. Si aquest procés es veu truncat, la planta estimula totes les gemmes apicals fent que es torni a erigir un principal. Inhibeix la senescència (Richmod-Lang diu que estimula gens que retarden aquesta senescència) a la tardor quan els boscos comencen a canviar de color, Richmod Lang va observar que hi havia una zona que es mantenia verda que es trobava infectada per un fong el qual feien incrementar els nivells de citoquinines. Les citoquinines estimulen els gens que retarden la senescència. Estimula la mobilització de nutrients sempre que hi ha citoquinines, sembla que hi ha una mena d’atracció dels nutrients cap a la zona on hi hagi aquestes citoquinines. Avui en dia encara no se sap el perquè d’aquest fenomen. Estimula la germinació de llavors. Ajuda a la diferenciació de cloroplasts sempre i quan hi hagi llum. La citoquinina natural més abundant és la zeatina que es va trobar en blat de moro però també existeixen citoquinines sintètiques. Com totes les hormones, el que tenen son diversos mètodes d’extracció i de valoració. Sempre es fan servir bioassajos perquè la resta són molt complicats. Alguns dels bioassajos més usats avui en dia són: o Fer créixer callus en el floema de pastanaga.
