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Tema 18
Citoquininas
1
Objetivo
Conocer
los
aspectos
más
relevantes de estos reguladores del
desarrollo, que hacen referencia a
la
estructura
química,
metabolismo, efectos fisiológicos,
rutas de señalización y expresión
génica, así como a las aplicaciones
comerciales.
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Contenido
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Introducción
Estructura
Actividad biológica
Metabolismo
Transporte
Efectos fisiológicos
Mecanismo de acción
Aplicaciones comerciales
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Introducción
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Un poco de historia…
• El descubrimiento de la auxina estimuló a
buscar otros tipos de compuestos químicos que
regulasen el crecimiento debido a que, al igual
que ocurre en los animales, parecía improbable
que el crecimiento y desarrollo de las plantas
estuviese regulado sólo por una hormona.
• La búsqueda se concentró, especialmente, en
hormonas que regulasen la división celular.
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• En 1892, Wiesner propuso la existencia de factores
estimulantes de la división celular.
• En 1913, Gottlieb Haberlandt demostró que el tejido
vascular tenía alguna sustancia capaz de estimular la
división celular en células de parénquima de patata.
• En 1941, Johannes van Overbeek y más tarde F.C.
Steward y sus colaboradores, descubrieron que el
endospermo líquido del coco también tenía esta
capacidad.
• En 1954, Jablonski and Skoog ampliaron el trabajo de
Haberlandt mostrando que los tejidos vasculares
contienen sustancias que estimulan la división celular.6
• En los años 1940s y 1950s, Skoog y colaboradores
testaron muchas sustancias para probar la
capacidad de inducir divisiones celulares en
explantos de médula de tabaco cultivados in vitro.
Observaron que la adenina tenía un ligero efecto
promotor.
• En 1955, consiguieron preparar por tratamiento
térmico de ADN de arenque un compuesto, la 6furfurilamino purina, que promovía la división
celular y la llamaron kinetina. NO ES
SINTETIZADA POR LA PLANTA.
• A los reguladores que se incluían dentro de este
grupo se les denominó citoquininas, debido a su
aparente implicación en los procesos de citocinesis
o división celular.
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Estructura
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• Las citoquininas naturales son derivados de la
base púrica adenina (6-aminopurina)
• Se clasifican atendiendo a la naturaleza química
del sustituyente en el N de la posición 6
Citoquininas isoprenoidicas
-Isopenteniladeninas (iP)
-Zeatina (Z)
-Dihidrozeatina [(diH)Z]
Citoquininas aromáticas
-Benciladeninas (BA)
-orto-Hidroxibenciladenina
-meta-Hidroxibenciladenina
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Citoquininas conjugadas
• Nucleósidos (ribósidos), conjugación con
ribosa
• Nucleótidos (ribótidos), con el ácido
ortofosfórico
• Glucósidos, con un resto de glucosa
– Anillo de purina (N-glucósidos) N3,7,9
– Cadena lateral (O-glucósidos)
• Alanilderivados en N9
• Metiltioderivados (CH3S-) en C2
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Las citoquininas aparecen como bases
inusuales de ciertos tRNA
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Producción de CKs por agentes patógenos
como bacterias, insectos y nemátodos libres
Desarrollo de yemas
axilares en dormición
Corynebactrium fascians
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Actividad biológica
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Se dice que un compuesto es una citoquinina
si tiene actividades similares a t-Zeatina
• Inducir división celular en callo, en
presencia de una auxina
• Promover la formación de yemas y raíces
en callos en presencia de balances
adecuados con auxinas
• Retrasar senescencia en hojas
• Promover la expansión de cotiledones
• Movilización de nutrientes
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¿Qué confiere actividad/inactividad a
las citoquininas?
• La presencia de una cadena lateral en N6
– Longitud de la cadena (4-6 C)
– >Grado de insaturación >actividad
• Las sustituciones en diferentes posiciones
del
anillo
de
adenina
reducen
generalmente la actividad
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Análisis e identificación
• Espectrometría de masas
• ELISA
• Bioensayos:
– Promoción de la división celular
– Retraso de la senescencia foliar
– Promoción de la expansión celular
– Inducción de síntesis de pigmentos
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Metabolismo
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• Hidrólisis de los tRNA
• Síntesis de novo
– Isopentenil transferasa
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Degradación
Citoquinina
oxidasa
iP
Adenina 3-metil-2-butenal
+
Z
RZ
iP
N-glucósidos
-
O-glucósidos
DZ y conjugados
Nucleótidos de CKs
CKs aromáticas
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Transporte
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• Se sintetizan en las
meristemáticas de la raíz
zonas
• Se transportan por la planta a
través del xilema y floema (zeatin
ribósidos)
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Efectos fisiológicos
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Las citoquininas regulan el ciclo celular
¿Qué se pregunta la célula?
M
Puntos de control
G1
G2
¿ME DIVIDO?
¿ME REPLICO?
S(síntesis ADN)
CICLINAS
+
Productos (kinasas) de los genes CDC (cell division cycle)
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CDK
Auxinas y citoquininas regulan genes
que codifican CDK
CDK (Cdc2)
Tratamientos con auxina
-Raíces de guisante, aumentan a los 10’ RNAm
Cdc2
-Médula de tabaco inducen altos niveles de CDK
Observaciones: CDK inactiva
Tratamientos con CKs
-Activan fosfatasa que quita un fosfato inhibidor
de la kinasa (Zang et al. 1996)
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….y Ciclinas
•CYCD3 se expresa en tejidos proliferando
activamente, como meristemos apicales y
primordios jóvenes
•Elevan la expresión del gen CYCD3 (ciclina
tipo D) importante en animales para remontar
la fase G1 (Soni et al. 1995; Riou-Khamlichi et
al. 1999)
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La relación auxina/citoquinina regula la
morfogénesis en cultivos de tejidos
(Skoog & Miller 1965)
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http://www.euita.upv.es/varios/biologia/temas/tema_14.htm
LA DOMINANCIA APICAL
Ramificación monopodial
Ramificación simpodial
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Desarrollo de yemas laterales
• El AIA sintetizado en el ápice caulinar se
transporta en sentido basípeto y suprime el
crecimiento de yemas laterales.
• La aplicación exógena de CKs promueve el
desarrollo de las yemas axilares
– Se propone que el ápice del tallo actúe de
sumidero de CKs, limitando su distribución
por la planta.
• Las plantas transgénicas superproductoras
de auxinas exhiben más dominancia apical
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que las superproductoras de CKs.
Retrasan la senescencia
Promotor de un gen
específico de senescencia
Región codificadora
del gen IPT
Isopentenil transferasa
Senescencia
Citoquininas
-Movilización de nutrientes
-Desarrollo de cloroplastos en oscuridad
-Las CKs promueven la expansión celular
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Habituación a CKs
• Pérdida espontánea en células cultivadas
del requerimiento de CKs para crecer
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Mecanismo de acción
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El gen CKI1 codifica una proteína similar a los
reguladores bacterianos de dos componentes y al
receptor del etileno codificado por el gen ETR1
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Modelo simple
•Se produce la autofosforilación del residuo de
His
•El fosfato es transferido a un residuo de Asp
•Activación del dominio output del regulador
de respuesta, que en muchos casos es un factor
de transcripción
Modelo de transferencia de fosfatos
•Transferencia de fosfato mediado por una
proteína fosfotransferasa (Hpt), llamada AHP
en Arabidopsis, entre el sensor y el regulador de
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respuesta, llamado ARRs
Aplicaciones comerciales
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• Ramificación lateral
• Fructificación (control del tamaño y
forma del fruto) junto con giberelinas
• Agentes con actividad anticancerígena
(citoquininas aromáticas sintéticas que
inhiben selectivamente el ciclo celular)
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