TEMA 27

REGULADORES DE CRECIMIENTO
TEMA 27. AUXINAS. Introducción.
Naturaleza
química.
Compuestos
sintéticos
con actividad
auxínica. Relación entre estructura y actividad
biológica.
Metabolismo.
Transporte.
Niveles
endógenos. Efectos fisiológicos. Mecanismo y modo
de acción. Receptores.
CONTENIDOS
Descubrimiento.
Estructura
química:
AIA,
características
electroquímicas
que
confieren
actividad
auxínica.
Actividad:
concepto
de
sensibilidad, influencia de la compartimentalización.
Metabolismo: biosíntesis (rutas del ácido indolpirúvico,
de la triptamina y de la indolacetoxima), conjugación,
oxidación
y
degradación
(carboxilativa
–
no
carboxilativa). Transporte: hipótesis quimiosmótica.
Efectos fisiológicos: división celular, rizogénesis
adventicia,
dominancia
apical,
partenocarpia.
Mecanismo de acción: teoría del crecimiento por
acidificación. Aplicaciones comerciales.
OBJETIVOS
 Introducir al alumno en la actividad de compuesto
con actividad auxínica.
 Dar una idea global de las posibilidades de
regulación del contenido endógeno de auxinas.
 Introducir al alumno en la importancia de estos
reguladores en el control del desarrollo vegetal y
sus aplicaciones comerciales.
INTRODUCCIÓN
Las auxinas son reguladores de crecimiento que al unirse
específicamente a receptores de membrana de células vegetales
manifiestan su respuesta interfiriendo en un proceso fisiológico de la
planta como puede ser la estimulación de la elongación celular “local”.
Recordemos que la diferenciación celular en sistemas vegetales se
basa en microambientes distintos que afectan a núcleos genómicos
iguales permitiendo la expresión génica diferencial.
Los reguladores de crecimiento son la base de la Biotecnología
Vegetal.
DESCUBRIMIENTO
Las auxinas fueron de los primeros reguladores que fueron
estudiados.
El descubrimiento de los reguladores de crecimiento fue precedido
de una serie de publicaciones:
- En 1880, Francis y Charles Darwin demostraron que el ápice
del coleóptilo de gramíneas era el responsable de que las
plantas se curvaran hacia la luz. Cuando el ápice estaba al
descubierto había curvatura, sin embargo si estaba cubierto
por un material opaco no la había. De aquí se concluye que
cuando las plantas están expuestas a una iluminación lateral,
“alguna influencia” se transmite desde la parte superior hacia
la base haciendo que la planta se curve.
- En 1910, Boysen Jersen corta el ápice de un coleóptilo y
observa que éste decapitado no se curva y sin embargo, al
reemplazar el ápice uniéndolo al coleóptilo por un bloque de
agar, hay curvatura del mismo, lo que llevó a pensar que el
estímulo fuera de naturaleza química.
- En 1929, Paal decapitó coleóptilos y volvió a colocar ápices
de forma asimétrica observando que el coleóptilo se curvaba
incluso en oscuridad. Propuso que había una sustancia
estimulante excretada por el ápice y que difundía de forma
simétrica en la oscuridad y de forma asimétrica durante el día
haciendo que creciera más la zona oscura que la zona
iluminada.
La siguiente etapa fue tratar de aislar y caracterizar la sustancia
responsable de este fenómeno. Fue Went en 1928, quien logró
aislarla al cortar coleóptilos y colocarlos sobre bloques de agar. La
sustancia obtenida se denominó AUXINA.
Bioensayo: proceso de cuantificación del contenido endógeno de
un regulador de crecimiento a partir de la respuesta biológica
controlada en un sistema experimental sometido a estudio.
Ejemplo: estudio del nivel endógeno de auxinas a partir del
grado de curvatura del coleoptilo de gramíneas.
- Bioensayos → datos aproximados, no tienen en cuenta la
presencia de otras sustancias → cuantificación poco real.
Figura 1- Métodos de valoración biológica de las auxinas
Hoy en día el análisis del contenido endógeno de auxinas se basa
en técnicas de cromatografía de alta resolución , métodos
inmunoafines y espectrografía de masas.
Disponiendo de moléculas que controlan el contenido endógeno de
los reguladores de crecimiento puede interferirse en su mecanismo
de acción:
- inhibiendo la biosíntesis del regulador
- inhibiendo la degradación del regulador
- introduciendo moléculas que antagonizan con el regulador
- inhibiendo el transporte de dicho regulador
En la regulación del contenido endógeno de auxinas intervienen:
- cantidad de triptófano → biosíntesis
- capacidad de degradación enzimática → oxidación
- conjugación con ésteres y amidas → reservorio de auxinas
procesos de compartimentalización
ESTRUCTURA QUÍMICA: AIA, CARACTERÍSTICAS QUE
CONFIEREN ACTIVIDAD AUXÍNICA.
Estructura química:
Molécula sencilla formada por un anillo indol en cuya posición 3 se
sitúa una cadena lateral. La primera auxina identificada fue el Ácido
indolacético (AIA) pero hoy en día, existen estructuras semejantes
por lo que se reconocen varias configuraciones moleculares, incluso
sin anillo indólico.
Características electroquímicas que confieren actividad
auxínica:
- cadena lateral con grupo hidroxilo responsables de la
actividad.
- Distancia entre cargas positivas y negativas de 0,53 nm que
es reconocida por los receptores específicos de estas
fitohormonas.
ESTRUCTURA MOLECULAR DE AUXINAS
1- NATURALES:
Figura 2-Estructuras químicas correspondientes a algunas auxinas
naturales
2- SINTÉTICAS:
Figura 3- Estructuras químicas correspondientes a algunas auxinas
sintéticas típicas.
METABOLISMO
1-Biosíntesis de auxinas
Las auxinas están ampliamente distribuidas en el reino vegetal. Las
auxinas, al igual que el resto de fitohormonas pueden ser
sintetizadas por cualquier célula vegetal aunque preferentemente se
sintetizan en órganos de crecimiento activo (hojas, frutos, flores...)
Figura 4-Esquema del transporte polar de AIA según teoría quimiosmótica
Se ha observado la existencia de un gradiente basípeto de
distribución de las auxinas en la planta; existe un alto contenido de
ellas en el ápice del coleoptilo que va disminuyendo a medida que
descendemos hacia la base , donde la cantidad de auxinas es
prácticamente nula. Esto mismo ocurre pero con distribución
acrópeta con otras fitohormonas: las citoquininas.
La existencia de estos gradientes permite la creación de
microambientes distintos que afectan a núcleos iguales y permite,
por tanto, la expresión génica diferencial.
No todas las células responden igual, o presentan la misma
concentración óptima: sensibilidad celular: referente al hecho de
que una célula tenga mayor o menor número de receptores para
una hormona.
Todas las auxinas derivan del triptófano; la primera molécula que se
obtiene es al AIA.
No siempre las moléculas van a aparecer en estado libre. Las
formas libres se encuentran unidas formando ésteres con inositol,
glucosa o aspártico.
En plantas existen varias rutas de biosíntesis de AIA:
A- 3 vías de producción de AIA donde el precursor es el triptófano:
a. ruta del Ácido Indolpirúvico
b. ruta de la Triptamina
c. ruta de la indolacetoxina
B- 1 vía descubierta recientemente donde el precursor
es el Ácido Corísmico.
Figura 5-Síntesis de AIA a partir del triptófano como precursor.
Figura 6- Síntesis de AIA a partir del Ác.Corísmico
2-Catabolismo auxínico
Las auxinas están sometidas a procesos de catabolismo:
- Procesos que afectan a la cadena lateral.
- Procesos que afectan al anillo.
La concentración de auxinas en las plantas puede regularse no sólo
por su tasa de biosíntesis y la velocidad de transporte hacia y desde
el órgano que se considere sino también por los mecanismos de
degradación de la cadena lateral del AIA.
La inactivación del AIA puede lograrse , por ejemplo, mediante la
conjugación de éste con otras moléculas como ésteres y amidas o
por la degradación del AIA por dos tipos de rutas:
1- Ruta descarboxilativa: se degrada la cadena lateral gracias
a isoperoxidasas con actividad catalasa de un complejo
multienzimático.
2- Ruta carboxilativa
Todo el proceso de catabolismo está regulado por un complejo
multienzimático: la ácido indolacético oxidasa, la cual depende de
isoperoxidasas.
MECANISMO DE ACCIÓN
El proceso más aparente inducido por auxinas es la elongación
celular “ local ” ;ésta se lleva a cabo en 2 etapas:
1º Etapa: elongación celular rápida debido a la inexistencia de
regulación génica y al incremento de protones que favorecen con
pHs ácidos, la optimización de enzimas hidróliticos: celulasas ,
glicoxidasas, etc. que debilitan la pared celular justificando un
aumento en la presión de turgencia y provocando finalmente la
elongación
celular.
Esto
se
conoce
como
TEORIA
QUIMIOSMÓTICA O CRECIMIENTO ÁCIDO DE LA PARED
CELULAR.
Figura 7– Efectos del AIA sobre la velocidad de crecimiento
2º Etapa: elongación a largo plazo debido a la expresión
génica diferencial para la síntesis de enzimas responsables de la
degradación de la pared celular.
Nota: mecanismo basado en la existencia de receptores específicos
para auxinas en las células vegetales.
EFECTOS FISIOLÓGICOS
Podríamos destacar como acciones específicas, y de mayor
importancia, de las auxinas:
-Expansión de la pared celular
-Formación de raíces
Además, participan en otros importantes procesos de desarrollo,
tales como:
-Organización de meristemos
-Promueven diferenciación vascular
-Mantenimiento de la dominancia apical
-Abscisión
-Tropismos
-Retrasan senescencia
-Retrasan maduración de frutos.
APLICACIONES COMERCIALES
Figura 8- Aplicaciones comerciales de algunos compuestos auxínicos
- A partir del conocimiento del AIA se impulsó la síntesis
química de moléculas estructuralmente semejantes para su
utilización en agricultura, de denominaron auxinas sintéticas.
- La ingeniería genética aprovecha el conocimiento de las rutas
de biosíntesis de auxinas para la transgénesis en plantas.
- Hoy en día las posibles aplicaciones son:
 Enraizamiento con auxinas sintéticas para los que las
plantas carece de enzimas degradativos.
 Aclareo de frutos, las auxinas permiten el reparto de
fotoasimilados.
 Retardante en la caída de frutos.
 Cuajado de frutos.
Modificador del aspecto de los frutos.
El AIA no sirve para fines prácticos: al tratarse de una hormona
natural, sería degradado por la planta, al disponer ésta de
mecanismos de regulación específicos para AIA.
INVESTIGACIÓN ACTUAL
Actualmente se ha demostrado universalmente la existencia de 2
receptores para auxinas en la membrana plasmática con diferente
afinidad por este regulador.
Existen también pruebas de la presencia de 2 receptores más,
aunque no estén demostrados universalmente:
- En el núcleo: permitiría la función de auxinas como factor de
transcripción.
En el retículo: permitiría la migración de vesículas con fragmentos
de la pared celular.
Elena Penedo (Curso 2005-06)