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Regulation of macronutrient transportAnna Antmann and Michael R. Blatt
Plant Sciences Group. Faculty of Biomedical and Life Science, University of Glasgow. Glasgow G128QQ. UK
New Phytologist (2009), 181:35-52
Beatriz Vieira Freire
Claudia Tangerino Olivares
Estela de Almeida Brandi
Fabio Zanini
Gabriella Malheiros Moraes
Sheila Simbine
New Phytologist (2009), 181:35-52
1. Introdução
-Luz
-Requerimentos -CO2
básicos -H2O
-Nutrientes minerais (solo)
macronutrientesmacronutrientes
micronutrientes
-Entendimento dos requisitos minerais =
progresso na produção agrícola (ex: fertilizantes
NPK).
1. Introdução
• Transportadores:
• Imensa variedade
• cada uma possui certa afinidade e especificidade a um ou mais substratos.
• Regulação é diretamente relacionada às funções dos macronutrientes transportados: maioria são integrantes de compostos orgânicos e/ou auxiliam na regulação de outros sistemas (ex: K+ é envolvido na abertura e fechamento de estômatos).
1. Objetivos
• Uma revisão de todo o conhecimento
em relação a regulação transporte de
macronutrientes a cerca da fisiologia e macronutrientes a cerca da fisiologia e
seu mecanismo.
• Providenciar o incentivo para
transferência de conhecimento entre
diferentes linhas de pesquisa.
2. Estímulos reguladores e
sinalização
• Oferta de nutrientes:
• Expressão e atividade são reguladas em
resposta a estímulos exógenos e
endógenos.endógenos.
• Transcrição de um tipo de transportador
varia de acordo com a concentração do
substrato para este transportador, pode ser
induzido por:
• concentração ou concentração
2.Estímulos reguladores e sinalização
•Assimilação primária e outros nutrientes.
•costuma ser exercida por controle
Feedback na captação de nutrientes.
•Ex: expressão de transportador de •Ex: expressão de transportador de
nitrato NRT2.1 é reprimido quando há
alta concentração de arginina,
asparagina e glutamina.
• Status de C na planta : ligada a captação de nutrientes e esta indiretamente controlada por fatores ambientais que determinam a taxa fotossintética como a luz.
2.Estímulos reguladores e sinalização
• A transcrição de transportadores de amônio, nitrato, sulfato, fósforo e potássio em A. thaliana, foi potássio em A. thaliana, foi reprimida no escuro.
• Essa repressão foi prevenida pela adição de sacarose no início do período de escuro, indicando uma ligação da taxa de fotossíntese em vez do relógio circadianoA. thaliana
• Estômatos, importante mediador
• Responde aos sinais exógenos e endógenos
abrindo e fechando células-guardas.
2.Estímulos reguladores e sinalização
abrindo e fechando células-guardas.
• K+ e Cl- e talvez nitrato controla a
osmolaridade e assim o turgor.
• Porém os canais de Cl- e K+ são regulados pela rota
dependente de voltagem, no caso pela [Ca²+]. O ABA
afeta a voltagem ativando canais Ca²+.
Cl-
2.Estímulos reguladores e sinalização
Vias de sinalização coordenando o transporte de membrana. ABA
Ca²+
K+
de membrana. ABA desencadeia um trabalho de interação de mensageiros secundários que converge nos dois principais intermediários iônico, a concentração de Ca²+ e H+ livres no citosol.
3. Mecanismos moleculares de regulação
• Voltagem: • A voltagem da membrana pode ser afetada pela
permeabilidade de íons através de proteínas nos 2
sentidos.sentidos.
• A força eletromotiva faz com que o íon atravesse a
membrana. A voltagem da membrana serve como
fator regulatório no controle de fluxo de íon.
• O fechamento do canal ocorre pela mudança na
conformação proteica.
3. Mecanismos moleculares de regulação -
voltagem
• Os canais de K+ :
medeiam Absorção de K+ no solo
Transporte no xilema e floema
São voltagem dependentesSão voltagem dependentes
Regulada pela disponibilidade de K+
Garantia de efluxo de K+
quando disponibilidade é baixa
3. Mecanismos moleculares de regulação - voltagem
•Ligação do cátion com a proteína de canal estabiliza a •Ligação do cátion com a proteína de canal estabiliza a
conformação do poro do canal;
•Outro importante modulador da atividade do canal de K+ é o
pH.
Entrada de K+
na Raiz
Acidificação do
meio externo
Captura de K+
ligada a atividade
da ATPase H+
3. Mecanismos moleculares de regulação
•Domínios auto-inibitórios realizam um papel importante na
regulação pós traducional de muitos transportadores (ex:
bombas de Ca2+ e antiportes)
•Domínios inibitórios de ATPase H+ tipo P e de Ca2+ residem
respectivamente em porção C- e N-terminal.
•Auto-inibição:
respectivamente em porção C- e N-terminal.
•Em ambos a interação intramolecular se dá com outras partes
da bomba e extramolecular com proteínas ativas.
Proteína 14-3-3
Proteínas Kinases
Calmodulina
Proteína 14-3-3
• a interação depende do estado
de fosforilação da proteína alvo.
• envolvem ligação de pequenos
aminoácidos motif contendo
fosfoserina ou fosfothreonina da
Interação Proteína-Proteína:
3. Mecanismos moleculares de regulação – auto inibição
fosfoserina ou fosfothreonina da
proteína alvo em cada
monômero da proteína 14-3-3
dimérica;
• Modelo: ABA causa
desfosforilação do canal que leva
a dissociação da 14-3-3 e inibição
da entrada de K+ necessária para
emergência da radícula.
Calmodulina (CaM):
• são proteínas ligantes de Ca2+ e traduzem intracelularmente
sinais de Ca2+ em uma variedade de repostas celulares;
• envolvida em uma variedade de estímulos ambientais;
• Alvos:
Interação Proteína-Proteína:
3. Mecanismos moleculares de regulação – auto inibição
ATPase Ca2+
CNCG
NHX1
CNGC (cyclic nucleotid gated channels): Sítios de
ligação de CaM a CNGC estão presentes na
região C-terminal de CNGCs e evidência sugerem
ATPases Ca2+ : Kinases parecem inibir ação de
CaM em Bombas de Ca2+ .
NHX1 (antiporte vacuolar Na+/H+):
Ligação de CaM a NHX1 diminue a
taxa de transporte para Na+ e não
para K+.
região C-terminal de CNGCs e evidência sugerem
que isso interfere com com ligação do ligante e
ativação dos CNGCs
Proteínas Kinases
• Como sinais da [Ca2+] são traduzidos em alteração na
atividade do transporte de ions?
• Evidências sugerem que eventos de fosforilação estão
Interação Proteína-Proteína:
3. Mecanismos moleculares de regulação – auto inibição
• Evidências sugerem que eventos de fosforilação estão
envolvidos.
• Proteínas: CBLs e CIPKs estão envolvidas na
regulação
• Ex: diminuição de K+ externo:
3. Mecanismos moleculares de regulação – auto inibição
Hiperpolarização do potencial de
membrana
Influxo de Ca2+ através de
hiperpolarização de canais ativados de
Ca2+
Aumento [Ca2+]
CBL1 ou CBL9 liga-se a CIPK23
Mecanismos e vias envolvidos nos sinais citoplasmáticos de Ca2+ e regulação dos
canais de K+.
CBL1 ou CBL9 liga-se a CIPK23
recutando-o para a Memb
Plasmática.
Domínio kinase de CIPK23 interage
com C-terminal de AKT1
fosforilando e ativando o canal de
K+
3. Mecanismos moleculares de regulação
• Oligômeros protéicos também estão envolvidos nesse
tipo de processo, podendo ser homoligômeros ( AMT )
ou heteroligomeros ( KAT1 e KAT 2);
• AMT – cada subunidade é um poro para a amônia.
• Oligomerização:
Modificação no C-terminal, como fosforilação, de um dos
monômeros leva a mudança conformacional resultando
em cooperativa parada de funcionamento dos três poros
do complexo;
• KAT1 e KAT2 – são expressos em células guardas e
interagem em sistemas de expressão heterologos.
3. Mecanismos moleculares de regulação
• Tráfico no transporte por membrana também determina
a quantidade de íons que vão entrar na célula;
• Em A. thaliana proteínas integrais de membrana usadas
no tráfico – KOR1, PIN1, BRI1 e FLS2 – foram
encontradas;
•Tráfico
encontradas;
• Transportador BOR1 é essencial para absorção no
xilema e translocação do boro para o ápice sob limitação
de nutriente;
• Cada exemplo requer a caracterização do tráfico pela
variação do grau de mudança conformacional na
proteína integral de membrana.
Conclusões
• Proteínas de transporte regulam o fluxo iônico através
da membrana biológica para a aquisição de
nutrientes,regulam a alteração do volume da célula e a
transpiração da planta;
• A combinação de diversos setores das ciências
biológicas estão trazendo informações para elucidar
tais procedimentos que envolvem processos de tais procedimentos que envolvem processos de
transcrição gênica, carga da membrana e processos de
sinalização celular;
• Novas técnicas continuam a surgir e essas estão
ajudando a adquirirmos mais conhecimentos de como
as plantas se adaptam as diferentes condições de solos
e para que também possamos interferir nesse
processo de maneira satisfatória.