Los Aminoácidos en la Agricultura Moderna

Los Aminoácidos en la Agricultura Moderna
Por
Harvey Arjona D., I.A., Ph.D.
CONTENIDO
1.
2.
3.
4.
5.
Generalidades
Clasificación de a.a.
Metabolismo de los a.a.
Absorción de a.a. exógenos
Obtención industrial de a.a.
CONTENIDO (continuación)
6.
7.
8.
9.
10.
Funciones de los a.a.
Efecto antianti-estrés de los a.a.
Relación a.a. enfermedades
Efecto de los a.a. en el suelo
Conclusiones
1. Generalidades
 Los a.a. son la unidad estructural de las proteínas.
 Las proteínas son polímeros macromoleculares de
aminoácidos.
H
I
R - C - COOH
I
NH2
Aminoácidos (continuación)
1. Generalidades
 Las proteínas son esenciales para los seres vivos.
 Sin proteínas no existiría la vida.
 Las proteínas cumplen diversas funciones en la célula.
Aminoácidos (continuación)
1. Generalidades
 Las proteínas pueden ser:
 Estructurales.
 Catalíticas.
Polisacárido
Proteína Periférica
Cabeza
hidrofílica
Fosfolíìdo
Proteína Integral
Esterol
Proteína Integral
Proteína Periférica
Modelo de Mosaico Fluido de una membrana celular, mostrando proteínas
estructurales Periféricas e Integrales.
Aminoácidos (continuación)
1. Generalidades
 Las proteínas son a la célula lo que las personas son a
una empresa.
 Una planta superior puede producir cerca de unas
30.000 proteínas.
 Las proteínas participan en todo el metabolismo
celular.
Aminoácidos (continuación)
1. Generalidades
Las proteínas participan en procesos como:




Fotosíntesis.
Respiración.
Absorción de nutrientes minerales.
Transporte de carbohidratos, etc.
Aminoácidos (continuación)
1. Generalidades
 Como las proteínas son polímeros macromoleculares
de a.a., entonces éstos son esenciales para la vida.
 Si a una planta se le retiran de su metabolismo unos
pocos a.a., ésta muere en pocos días.
Aminoácidos (continuación)
1. Generalidades
 Los a.a. son a las proteínas lo que los caracteres son al
idioma.
 GATA: glicina-alanina-tirosina-asparagina.
 Hembra de felino o secuencia de a.a. en una proteína.
Aminoácidos (continuación)
1. Generalidades
 La secuencia en la que se unen los a.a. determina la
“estructura primaria de la proteína”.
 Además de ésta existen las estructuras secundaria,
terciaria y cuaternaria cuya integridad es esencial para
la funcionalidad de la proteína.
2. Clasificación de los aminoácidos
 En la forma mas general, los a.a. se clasifican en:
 Aminoácidos esenciales o protéicos (20).
 Aminoácidos no esenciales cerca de 200.
2. Clasificación de los aminoácidos (continuación)

Según su polaridad los a.a. se clasifican como:
1.
2.
3.
4.
No polares
Polares sin carga
Polares con carga negativa
Polares con carga positiva
2. Clasificación de los aminoácidos (continuación)
H
I
R - C - COO I
NH3+
2.1. Aminoácidos esenciales o proteicos
1.
No polares
-
Alanina
Fenil alanina
Isoleucina
Leucina
-
Metionina
Prolina
Triptófano
Valina
2.1. Aminoácidos esenciales (continuación)
2.
Polares sin carga
-
Asparagina
Cisteina
Glicina
Glutamina
- Tirosina
- Treonina
- Serina
2.1. Aminoácidos esenciales (continuación)
3.
Polares con carga negativa
- Acido aspártico
- Acido glutámico
2.1. Aminoácidos esenciales (continuación)
4.
Polares con carga positiva.
- Arginina
- Histidina
- Lisina
2.2. Aminoácidos no esenciales
 Cerca de 200 a.a. no protéicos.
 Cumplen papeles metabólicos importantes.
 L – ornitina y L – citrulina.
 Intermediarios del ciclo de la urea.
3. Metabolismo de los aminoácidos
3.1. Síntesis de aminoácidos
Asimilación del NO3
 El NO3 absorbido debe ser reducido en la planta a NH4
(raíz, hojas) para ser incorporado a los a.a.
NO3
Nitrato Reductasa
NO2 Nitrito Reductasa
NH4
 El Costo energético de esta reducción es de 15 ATP
+ 5 ATP para la asimilación del nitrato.
3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)
3.1. Síntesis de aminoácidos
 La mayoría del NH4 absorbido es incorporado a
compuestos orgánicos en la raíz, p.e. a.a., amidas,
con liberación de H+.
 La asimilación del NH4 demanda gran cantidad de
esqueletos de C.
 La respiración provee los esqueletos de C.
3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)
3.1. Síntesis de aminoácidos
ácido α - ceto-glutárico + NH4 + de-hidrogenasa glutámica
ácido glutámico
3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)
 La síntesis de a.a. tiene un alto costo energético para la
planta (20 ATPs).
 Si la reducción del NO3 se hace en la raíz el poder
reductor (NADH+H) proviene de la respiración
(consumo de CHOS).
3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)
 Si la reducción del NO3 se hace en la hoja el poder
reductor (NADPH + H) proviene de la fotosíntesis.
 En este caso, la reducción del NO3 compite con la
reducción del CO2.
3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)
 Sintesis de a.a. por trans-aminación
COOH
COOH
I
I
C=O
COOH
I
C H2
I
C H2
H2 N C H
I
+
H 2N C H
I
COOH
I
+ Glutámico – alanina
trans-aminasa
CH3
I
C H2
I
C H2
I
I
COOH
COOH
ácido α Cetoglutárico + L – alanina
+
C=O
I
CH3
ác. L Glutámico + ac. Pirúvico
Reacción 1. Reacción de transaminación ejemplificando la síntesis de ác. glutámico.
3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación).
La respiración provee esqueletos de C para la síntesis de a.a.
-
ácido pirúvico
ácido oxaloacético
acetil Co A
ácido málico
ácido fumánico
ácido cítrico
Ciclo de
Krebs
ácido succínico
ácido isocítrico
ácido α - cetoglutárico
Succinil CoA
Figura 1. Ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos.
3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)
3.2. Síntesis de polipéptidos y de proteínas.
R1 –
H
O
R2
I
II
I
C - C - N - C - COO H
I
I
I
NH2
H
H
4. Absorción de a.a. exógenos
 Fácilmente absorbidos por la planta.
 Entre el 5 y el 20% entran antes de un día.
 Las plantas reconocen a los a.a. como sustancias
muy afines (compatibles) del metabolismo celular.
 En plantas con adecuados niveles de K y de Zn los
a.a. rápidamente son convertidos en proteínas.
4. Absorción de a.a. exógenos (continuación)
4.1. Transporte de aminoácidos a corta distancia
1.
Simporte.
- a.a. no polares.
- a.a. polares con carga negativa.
2.
Uniporte.
- a.a. con carga positiva.
5. Obtención industrial de aminoácidos
 A partir de proteínas vegetales o animales
por hidrólisis.
1. Hidrólisis ácida.
2. Hidrólisis ácida controlada.
3. Hidrólisis enzimática.
5.1. Desventajas de la hidrólisis ácida

Destruye algunos aminoácidos (triptofano) si no es
controlada.
5.2.Ventajas de las hidrólisis enzimática.

Muy completa.

No hay destrucción de aminoácidos.
6. Funciones de algunos aminoácidos
6.1. Alanina

Favorece la síntesis de clorofila.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6.2. Ácido glutámico.
 Precursor importante de la biosíntesis de otros a.a.
 Estimula el crecimiento.
 Participa en los sistemas de resistencia de la
planta.
 Aumenta el poder germinativo del grano de polen y
la elongación del tubo polínico
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6. 3. Arginina
 Estimula el desarrollo de raíces.
 Involucrada en la síntesis de clorofila.
 Efecto rejuvenecedor en la planta.
 Precursor de poliaminas.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6. 3. Arginina
 principal a.a. de translocación en el floema.
 Uno de los principales a.a. en la rizosfera junto con
el ácido glutámico y el ácido aspártico.
 Mejora la solubilidad y la asimilación de nutrientes.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6.4. Glicina
 Tiene un efecto quelatante importante.
 Favorece el desarrollo de brotes y hojas.
 Precursor de grupos pirrol (clorofila).
 Participa en los sistemas de resistencia de la planta
junto con la lisina.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6.5. Leucina
 Promueve la síntesis de giberelinas.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6.6. Metionina
 Precursor del etileno.
 Aplicada al suelo favorece el crecimiento
radicular.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6.7. Prolina
 Papel importante en el equilibrio hídrico.
 Aumenta en la planta en condiciones de estrés.
 Favorece la apertura estomática.
 Sinergisa la actividad de las giberelinas.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
6.8. Valina
 Promueve la germinación de semillas.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
 Síntesis de clorofila. Alanina
Alanina,, arginina,
arginina,
glicina.
 Desarrollo de raíces. Arginina
Arginina,, metionina.
metionina.
 Efecto rejuvenecedor. Arginina
Arginina..
 Efecto quelante en el suelo. Glicina.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
 Desarrollo de brotes y hojas. Glicina.
 Sistemas de resistencia de la planta.
Glicina, lisina, ácido glutámico.
glutámico.
 Síntesis de giberelinas.
giberelinas. Leucina, prolina.
prolina.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
 Retrasan la senescencia
Arginina y metionina son precursores de
poliaminas como espermina y espermidina
espermidina..
Éstas tienen acción rejuvenecedora y retardante
de la senescencia.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
 Efecto en la polinización
 Algunos aminoácidos mejoran la germinación del
grano de polen y la elongación del tubo polínico.
 La prolina mejora la resistencia del polen a
temperaturas extremas.
6. Funciones de algunos a.a. (continuación)
 Efecto en la polinización
 Las aplicaciones de a.a. aumentan el contenido de
aminoácidos libres en flores
flores,, aumentando la atracción
de insectos.
 Insectos sinovigénicos vrs
vrs.. provigénicos.
provigénicos.
.
7. Efecto anti-estrés de los a.a.
7.1. Principales tipos de estrés
•
•
•
•
Hídrico
Térmico
Salino
Microbial
•
•
•
•
Atmosférico
Cultural
Fisiológico
Lumínico
7.2. Efectos del estrés en las plantas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Cese de la fotosíntesis.
Aumento de la respiración.
Inicio y/o aceleración de la senescencia foliar.
Disminución de la síntesis de metabolitos.
Aumento de la degradación de proteínas.
Incremento en la síntesis del ABA.
7.3. Formas como la aplicación exógena de a.a.
ayuda a la planta a superar el estrés
1. Los a.a. liberados son osmolitos.
2. Los a.a. son fuente de C, S, y de N.
3. Protegen enzimas preexistentes y fomentan
síntesis de enzimas de novo.
4. Retrasan la senescencia.
5. Facilitan la toma de nutrientes minerales.
8. Relación a.a. enfermedades
 Los a.a. son necesarios para la síntesis de proteínas
relacionadas con la patogenicidad (PR).
 Las proteínas PR son un grupo diverso de proteínas
que son tóxicas a hongos invasores patogénicos.
 Se producen en mayores concentraciones siguiendo
situaciones de estrés o ataque de patógenos.
8. Relación a.a. enfermedades (continuación)
 Estas proteínas se sintetizan en respuesta al
ataque de una plaga o del tratamiento con
elicitores.
 Algunos de los genes que codifican la síntesis
de las PR son activados por la vía de los JAs y
del etileno.
8. Relación a.a. enfermedades (continuación)
 Muchas PR tienen actividad anti-microbiana.
 La familia PR-2 la componen enzimas con
actividad 1,3 -glucanasa.
 La familia PR-6 la constituyen inhibidores de
proteinasas, p.e. defensinas, tioninas, lisosimas,
lipo-oxigenasas.
8. Relación a.a. enfermedades (continuación)
 Algunos a.a. participan directamente en los
sistemas de resistencia de la planta p.e.
 La fenil-alanina, la tirosina, el triptofano, la lisina
y la ornitina son precursores de alcaloides contra
patógenos y hervíboros.
 La fenil-alanina interviene en la síntesis del SA
por activación de la PAL dando lugar al ácido
trans-cinámico.
8. Relación a.a. Enfermedades (continuación)
 La cisteína es abundante en defensinas y en
tioninas (PR6) que tienen potente acción
antifúngica.
 La glicina hace parte de varias defensinas y
proteínas estructurales de la pared celular de
dicotiledoneas.
8. Relación a.a. enfermedades (continuación)
 La lisina es importante para la síntesis de PR6.
 La hidroxi-prolina es abundante en las
extensinas de la pared celular (glico-proteínas).
 Las extensinas refuerzan la resistencia a la
invasión de patógenos.
9. Efecto de los a.a. en el suelo
Efecto quelatante de nutrientes minerales catiónicos.
COO
OOC
I
H–C-H
I
NH2
I
Metal
H-C-H
I
H2N
10. Conclusiones
1. Los a.a. son una fuente importante de C,
S y de N para el metabolismo vegetal.
2. Los a.a. y las proteínas tienen un efecto
importante en el equilibrio hídrico de la
célula y de la planta (osmolitos)
10. Conclusiones (continuación)
3. La aplicación exógena de a.a. representa un
ahorro energético significativo para la planta.
4. Los a.a. aplicados exógenamente son fácilmente absorbidos por las hojas y por la raiz.
10. Conclusiones (continuación)
5. Los a.a. ayudan significativamente a la planta
en situaciones de estrés.
6. Los a.a. contribuyen al sistema defensivo de
las plantas de varias formas:
 Como precursores de lignina y de suberina.
10. Conclusiones (continuación)
6. Los a.a. contribuyen al sistema defensivo de
las plantas de varias formas:

Como precursores de SAs.

Como constituyentes de proteínas de
resistencia.

Como anti-estresantes.
¡¡¡ GRACIAS POR SU ATENCIÓN !!!