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

SO42-

Transcrição Transportadores

A. thaliana

PO43-

Transportadores

A. thaliana

N

Expressão AMT

N

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.

Regulação transcricional do transporte de macronutrientes.

• 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.