Semináriopós-colheita de frutos e hortaliças

Thiago Azevedo de Oliveira

Mossoró-RN2012

Review

Cell wall modifications duringfruit ripening: when a fruit is not the fruit

Luis F. Goulao* andCristina M. Oliveira

• Seção de Horticultura, Departamento de Produção Agrícola e Animal, Instituto Superior de Agronomia, Lisboa, Portugal

Trends in Food Science & Technology 19 (2008) 4e25

Revisão

Modificações na parede celular durante o amadurecimento de frutos: ao fruto e não fruto.

Luis F. Goulao* andCristina M. Oliveira

• Seção de Horticultura, Departamento de Produção Agrícola e Animal, Instituto Superior de Agronomia, Lisboa, Portugal

Trends in Food Science & Technology 19 (2008) 4e25

Cell wall modifications during fruit ripening: when a fruit is not the fruit

• o amadurecimento de frutos é considerado como um processo geneticamente bem coordenado e determinada de diferenciação dos tecidos;

• Eventos como a acumulação de pigmento e produção de voláteis são incluídos entre as universais mudanças de maturação;

• mas não ocorrem normalmente na senescência.

Amadurecimento

Brady (1987)

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• é um processo fisiológico essencial para as plantas, uma vez que representa a fase terminal de desenvolvimento em que as sementes maduras são liberadas;

• é o mecanismo responsável pela reprodução de plantas com flores;

Maturação do fruto

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• Bioquímica, fisiologia e estrutura do órgão de amadurecimento no desenvolvimento;

• São alterados para influenciar;• a aparência• Textura• Sabor• Aroma

• o objetivo evolutivo de tornar a fruta atraente e agradável ao paladar, para atrair uma variedade de organismos dispersantes de semente.

As modificações

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• frutos maduros sofrer muitas alterações fisiológicas e bioquímicas, que incluem;

• Conversão de amido em açucares;• Biosíntese de sabor e aromáticos voláteis;• Alterações na estrutura da parede celular• E metabolismo.

• Tendo esse processo resultando em uma perda de firmeza de polpa.

Função reprodutiva

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• o amadurecimento confere atributos positivos e negativos para a fruta;

• confere sabor e cor desejável, mas as mudanças na firmeza dos frutos aumenta a sua susceptibilidade ao ataque de micróbios patogénicos .

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• acredita-se que envolvem a;• perda de pressão de turgescência;• degradação e outras alterações fisiológicas na

composição das membranas;• modificações nas relações simplasto/ apoplasto;• Degradação do amido;• E modificações na estrutura dinâmica da

parede celular.

• Embora a contribuição relativa de cada acontecimento no amadurecimento dos frutos não é clara.

Que eventos metabólicos são responsáveis pelas alterações da textura dos frutos ?

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Parede celular

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• é fundamental para compreensão do significado da ação da enzima orientadora nas cadeia de polissacarídeos ou grupos secundários durante o amolecimento do fruto.

• Estudos bioquímicos indicam que as alterações estruturais e rearranjos da estrutura da parede celular, durante o amadurecimento ocorrem transformação de pectinas, hemiceluloses e celulose.

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• A desmontagem da rede estrutural da parede celular provavelmente envolve uma ação combinada e sinérgica de vários diferentes atividades enzimáticas;

• Em que uma família enzimas modifica a parede celular de outra podendo mediar a atividade de um outro, resultando em modificações da parede celular ordenadas .

(Rose & Bennett, 1999)

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• Diferentes frutas diferem marcadamente na sua;• origem botânica;• composição de polissacarídeo e proteínas;• estrutura da parede celular;• metabolismo enzimático;• padrão de crescimento e maturação;• comportamento de amolecimento

• Essas diferenças que refletem a firmeza da polpa, taxa de amolecimento e textura geral

Botânica, Composição e Desenvolvimento: diferenças entre frutos

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• A definição botânica de fruto consiste em um receptáculo de sementes desenvolvido a partir de um ovário.

• Essa definição engloba uma ampla gama de tipos de frutos, como frutos compostas, simples ou múltiplos, frutos secos ou frutos carnudas.

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• As alterações na estrutura da parede celular estão associados com a dissolução da lamela média e ruptura da parede celular primária;

• As mudanças estruturais na hemicelulose, pectina e celulose em conjunto são assumidos como sendo responsáveis por uma alteração da estrutura da parede celular durante o amadurecimento relacionada com a perda de firmeza;

• Estas alterações incluem não apenas solubilização e despolimerização dos polissacáridos mas também rearranjos das suas associações .

Modificações na parede celular na estrutura e composição durante o amadurecimento de frutos

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• Dependendo da espécie de fruta, modificações diferentes dos polissacáridos podem ocorrer;

• Modificações de polissacarídeos em pectina podem resultar em dois processos: solubilização e despolimerização;

• Embora a solubilização é considerada uma característica universal de modificações de pectina;

• despolimerização parece ocorrer, adicionalmente, em algumas espécies;

• Da mesma forma, alguns frutos amolecer sem detectável despolimerização de xiloglucano e matriz de glicanos, enquanto que em outros, o amadurecimento parece ocorrer relacionada à despolimerização destes compostos.

Os aspectos mais notáveis das mudanças bioquímicas que ocorrem nos componentes de parede celular de frutos durante o amadurecimento são que

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Tabela 1. Resumo da espécie de fruto que sofrem (U) e que não sofrem (X) despolimerização polissacarídeo significativa durante o amadurecimento

fruto

despolimerização de Referências

pectina hemicelulose pectina Hemicelulose

maçã X X Yoshioka et al. (1992) Percy et al. (1997); Siddiqui et al. (1996)

abacate Ua U

Huber and O’Donoghue (1993); Sakurai and Nevins (1997); Wakabayashi, Chun, & Huber (2000)

O’Donoghue and Huber (1992); Sakurai and Nevins (1997)

figo U U Owino, Nakano, Kubo, and Inaba (2004) Owino et al. (2004)

uva U Ua Yakushiji et al. (2001) Yakushiji et al. (2001)

kiwis U U Redgwell et al. (1992) MacRae and Redgwell (1992); Redgwell, Melton, and Brasch (1991)

manga U Muda, Seymour, Errington, and Tucker (1995); Prasanna et al. (2004)

melão U U McCollum et al. (1989); Ranwala et al. (1992); Rose et al. (1998)

McCollum et al. (1989); Rose et al. (1998)

a verde a meamente maduro. b médiamente maduro a maduro. c Paull et ai. (1999). d Manrique e Lajolo (2004).

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Tabela 1. Resumo da espécie de fruto que sofrem (U) e que não sofrem (X) despolimerização polissacarídeo significativa durante o amadurecimento

fruto

despolimerização de Referências

pectina hemicelulose pectina Hemicelulose

a verde a meamente maduro. b médiamente maduro a maduro. c Paull et ai. (1999). d Manrique e Lajolo (2004).

mamão U Uc/Xd

Ali et al. (1998); Lazan, Selamat, and Ali (1995); Manrique and Lajolo (2004); Paull et al. (1999)

Manrique and Lajolo (2004); Paull et al. (1999)

pêssego Ub U

Brummell et al. (2004); Dawson et al. (1992); Hegde and Maness (1998); Muramatsu, Tanaka, Asakura, and Haji (2004)

Brummell et al. (2004); Hegde and Maness (1998)

pereira U U Yoshioka et al. (1992) Yoshioka (1993) caqui U Cutillas-Iturralde et al. (1994)

morango X U Huber (1984) Huber (1984)

tomate Ua U Brummell and Labavitch (1997); Huber and O’Donoghue (1993)

Brummell, Harpster, Civello, Dawson, et al. (2002); Huber (1983); Maclachlan and Brady (1994); Sakurai and Nevins (1993); Tong and Gross (1988)

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• Conhecimento sobre o padrão temporal em que essas modificações ocorrem é importante para a compreensão global de todo o processo.

• um padrão sequencial de modificações de polissacarídeos foi proposta pela primeira vez (Rose et al., 1998).

Semelhanças e diferenças no padrão temporal de amadurecimento relacionados com as modificações da parede celular em diferentes frutos

• um fruto que amolece num período de tempo muito curto

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• Os resultados obtidos sugerem que os acontecimentos iniciais no amolecimento de melão estão associados com a desmontagem regulada de uma fracção fortemente ligada de xiloglucano;

• E o amolecimento mais tardio, que acompanha a deterioração madura, está associada com a desmontagem da pectina.

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• Durante a desmontagem, a perda de galactose, possivelmente a partir de pectina-associados cadeias laterais de galactano, propõe-se a contribuir para a precose ação de poligalacturonase (PG);

• Independente de solubilização das pectinas covalentemente ligados antes de ou coincidentes com o início do siginificativo amolecimento da fruta. Pectinas são solubilizadas subsequentemente sujeitas a despolimerização nas fases posteriores de maturação através da ação de endo e/ou exo-poligalacturonase.

• Quebra da pectina

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• confirmam a hipótese de que a solubilização da pectina ocorre antes da despolimerização.

• Estudos

• Despolimerização dos poliuronídeos tenha sido iniciada em meados de amolecimento em frutas como

• ou durante o amolecimento tardio em outros frutos

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A expressão e atividade de enzimas modificadoras de parede celular.

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• A parede celular vegetal contém muitas enzimas capazes de modificar matriz de polissacarídeos, incluindo vários tipos de endo-glycanases que são ordenados para quebra estrutura da cadeia de matriz hemicelulosica ou pectinas;

• Glicosidases que podem remover cadeias laterais, permitindo assim que as interações entre as maiores estrutura da cadeia des polissacarídeos;

• Transglycosylases que pode cortar hemiceluloses e ligá-los em conjunto;

• ou esterases e acetylases que podem remover grupos metílicos ou acetil de pectinas e quebrando ligações éster entre polissacarídeo cadeias.

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• Tais modificações enzimáticas refletem a degradação de uma mistura de polissacáridos, devido à ação coordenada de várias enzimas;

• que alteram as propriedades físicas da parede celular, alterando a viscosidade da matriz, do padrão de ligadura das hemiceluloses da célula vegetal.

• A forma como essas enzimas agem para promover a coordenada quebra de cada componente específico da parede celular ou da rede é a principal questão abordada.

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• Durante várias décadas, a pesquisa foi focada apenas no papel de poligalacturonase (PG) como o principal responsável pelo amadurecimento modificações associadas a pectina, contribuindo para o amolecimento do fruto.

• O papel do PG recebeu enorme atenção no passado, devido à sua importância no fruto padrão climatério.

• De facto, o amadurecimento dos frutos do tomateiro e amolecimento são acompanhadas por um aumento maciço na abundância de mRNA PG (ca. 2000 vezes), atividade imunológica e proteína enzimática detectável.

• No entanto, aplicações de tecnologias de RNA mensageiros em frutos de tomate têm questionado em ênfase essa hipótese.

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• Enzimas modificadoras de parede celular são geralmente classificados em pectolítica e não pectolítica, de acordo com a classe específica de polissacáridos usados como substrato.

• . Entre as enzimas pectolíticas • Endo- e exo-polygalacturonases (endo-EC e exo-EC).• Pectate lyases (PL);• Pectina methylesterases (PME);• Pectina acetylesterases (PAE);• β -galactosidases• σ-L-arabinofuranosidases

• Estas enzimas são capazes de quebrar ou modificar a natureza do estrutural do polissacarídeo para remover a partir de açúcares neutros ramificada de cadeias laterais.

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• As Enzimas não-pectolíticas são responsáveis pela modificação da hemi-celulose que incluem

• . Entre as enzimas não-pectolíticas • Endo-1,4- β -glucanases(EGase).• Endo-1,4- β -xylanases• β -xylanases;• Xyloglucana endo transglycosylase/hydrolases (XTH);• β – Expansins

• O papel destas enzimas nas modificações da parede celular de frutos e de amaciamento de frutos tem sido apresentada principalmente de evidências correlativos, utilizando associação “culpa” de aproximação .

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• Uma função é proposto, se um aumento na proteína mRNA, ou a actividade in vitro acompanha o curso de amadurecimento do fruto. (Tabela 2) comentários a literatura sobre os dados correlatos disponíveis entre a acumulação de mRNA ou atividade enzimática e maturação do fruto.

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• Em resumo o autor relata que

• tornou-se evidente que a importância de cada família de enzimas candidatas a modificação da parede celular de diversos e diferentes frutos é demostrado que podem ou não ser e está relacionadas com mudanças bioquímicas conhecidas da parede celular.

Expressão e atividade de enzimas modificadoras da parede celular durante amolecimento de fruto: diferenças entre espécies

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• Os resultados de linhas modificadas geneticamente em que os genes associados a maturação do fruto da parede celular foram suprimidos ou mais expressos:

• em análise da expressão do gene em amadurecimento conhecidos mutantes com deficiência;

• forneceram informação mais diretas sobre a função possível de cada família de genes e isoforma de amadurecimento.

Sondagem da função de amadurecimento relacionados da parede celular utilizando enzimas modificadoras alteradas estrutura genética

Uma isoforma é uma das diferentes formas da mesma proteína. As diferentes formas de uma proteína podem ser gerados por genes relacionados, ou podem ser geradas pelo mesmo gene por processamento alternativo processo, ou a maturação diferencial

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• Este comentário supressão é discutido na literatura sobre os resultados da manipulação de células individuais de parede que modificar genes em frutas;

• E seu resultado no amaciamento de frutas e tiques caracter bioquímicas da parede celular.

Sondagem da função de amadurecimento relacionados da parede celular utilizando enzimas modificadoras alteradas por antecedentes genéticos

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• O mecanismo exato pelo qual expansin causar afrouxamento e extensão das paredes celulares é ainda enigmática.

• Por um lado, há evidências de que eles interrompem a ligação não covalente entre as microfibrilas de celulose e matriz glucanos que aderem à microfibrilas.

• Expansin ou caranguejos que rasgar pontes de hidrogênio entre os polissacarídeos da parede.

• Por outro lado, nenhuma atividade hidrolítica enzimática ou outro foi encontrado para contabilizar os efeitos originais expansin sobre a parede celular.

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• O papel de cada enzima não pode ser explicada por meio do estudo de uma único isoforma específico uma vez que a presença de várias isoformas, com diferentes padrões de expressão, podem mascarar a atividade total de uma determinada fase de desenvolvimento.

• Assim, como-diz para o monitoramento das alterações na atividade durante o desenvolvimento do fruto, ainda são informativos complementares aos estudos de expressão genética.

Metodologia restringe ao estudo das atividades relacionadas da parede celular

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• É importante reconhecer que, embora os estudos in vitro de atividade da enzima numa extraem quantitativos de proteína bruta amostrado em diferentes estágios de desenvolvimento podem sugerir possíveis alterações na ação da enzima;

• em ensaio in vitro da atividade da enzima pode mostrar que a enzima atua na verdade sobre celular in vivo, e os níveis de atividade não pode necessariamente ser equivalente à ação enzimática in vivo.

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• Mais recentemente, sugeriu-se que a maturação pode ocorrer como resultado de não-enzimáticos modificações dos componentes da parede celular, e ambas as pectinas xiloglucanos.

• Permeabilização da membrana que ocorre no início de amadurecimento, conduz à libertação de ascorbato no apoplasto, em que pode provocar a produção de hidroxilo apoplástica através da reacção de Fenton e este radical é potencialmente envolvido na cisão não-enzimática de polissacarídeos da parede celular vegetal.

Controle não enzimático das modificações da parede celular durante o amadurecimento.

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• O mapeamento genético de sequências de genes relacionados a um determinado fenômeno biológico representa uma ferramenta simples, mas poderosa para adquire conhecimentos sobre a função do gene específico.

• Previsão de características de textura e comportamento amolecimento por detecção de marcadores de genes seria útil.

• A identificação de regiões cromossómicas que contribuem para os atributos principais de textura da fruta é a primeira etapa no desenvolvimento de inicial de uma seleção de genótipos desejável através de marcadores.

Aproveitando-se de uma variação natural para melhorar a textura em frutas

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• As diretrizes alimentares recomendam o consumo de frutas frescas não será bem-sucedida se a insatisfação dos consumidores com a qualidade do produto limita o consumo de frutas.

• No entanto, abordagens contemporâneas pós-colheita de frutas tradicionais não são suficientes para atender a demanda crescente do consumidor sobre a qualidade devido ao desenvolvimento de características indesejáveis.

Conclusões e perspectivas

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• Aumentar o tempo de armazenamento de frutos, através do desenvolvimento de novas técnicas destinadas a reduzir a taxa de deterioração, mantendo as características favoráveis dos frutos, iria expandir as oportunidades para a indústria para fornecer frutas de alta qualidade para os mercados locais e de exportação.

• Desenvolvimento dos procedimentos de manuseio mais eficazes e tecnologias inovadoras para garantir a qualidade, sem comprometer a segurança e o valor nutricional das frutas depende de uma melhor compreensão da biologia e fisiologia de frutas.

Conclusões e perspectivas

Cell wall modifications during fruit ripening: when a fruit is not the fruit

• Aumentar o tempo de armazenamento de frutos, através do desenvolvimento de novas técnicas destinadas a reduzir a taxa de deterioração, mantendo as características favoráveis dos frutos, iria expandir as oportunidades para a indústria para fornecer frutas de alta qualidade para os mercados locais e de exportação.

Conclusões e perspectivas

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• Análise do genoma vegetal e tecnologia está se aproximando rapidamente o momento em que a eficiência do isolamento, caracterização e mapeamento de sequências de genes relacionados a um estágio de desenvolvimento ou resposta de interesse pode ser mesclado com o mapeamento preciso e eficiente de QTLs e locos de um único gene de mutação para prever candidato gene, que podem ser especificamente dirigidas para a confirmação através dos meios transgénicos ou genética;

• A fim de acelerar tanto a identificação de genes e facilitar a caracterização da função do gene.

Conclusões e perspectivas

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