caracterización de las sustancias naturales del desarrollo

TRABAJO SEMESTRAL
AG-3030 Principios de Propagación de Plantas
Autor: Fernando Méndez Gschwend
Dirección de e-mail: [email protected]
Tema: Auxinas
RESUMEN
El termino auxina designa cualquier hormona perteneciente al grupo auxínico pero a
menudo se usa como sinónimo del ácido indolacético (IAA) que es la principal auxina
natural y que posiblemente se sintetiza a partir del aminoácido triptófano.
La auxina se sintetiza principalmente en el ápice del tallo y ramas jóvenes, en las
yemas y hojas jóvenes y en general en los meristemas. El IAA es transportado como IAA
inositol principalmente. El transporte de las auxinas endógenas es basipetálo por el floema
con los productos fotosintetizados. Así, en el lugar donde va a actuar se desliga y pasa a
auxina libre que se adhiere a la proteína receptora para efectuar su acción. Cuando se
sintetiza en el ápice de la raíz tiene transporte acropétalo.
La hormona más investigada es el IAA, y presenta la síntesis siguiente (Bandurski,
1982):
1.
Durante la germinación a sintetiza moléculas conjugadas de IAA que se transportan
al talluelo.
2.
Dichas moléculas se hidrolizan en el ápice su talluelo y en el nudo entre coleoptilo y
mesocotilo.
3.
El IAA libre se mueve a la región de crecimiento donde se adhiere a un receptor.
4.
La cantidad de IAA libre está balanceada por la síntesis y la hidrólisis del IAA
conjugado.
5.
Al promover el desarrollo el IAA es catabolizado.
Se han propuesto varios mecanismos acerca de la acción del IAA sobre los ácidos
nucleicos. Según uno de ellos actúa removiendo la capa de histonas que envuelve a la
cadena de DNA y descubre mensajes que, sin su acción, quedarán reprimidos. Otra
hipótesis supone que el IAA actúa a nivel de la traducción del mensaje, precisamente sobre
el enlace del aminoácido con el ATP que lo activa para unirse al RNA mensajero (enlace
acil-adenilato). Las evidencias experimentales apoyan la idea de que el IAA promueve o
reprime la síntesis de fracciones del RNA mensajero por un mecanismo aún no conocido.
Es una característica de las auxinas el que a concentraciones bajas estimulen el
metabolismo y desarrollo, y a concentraciones altas lo depriman como lo mostró hace
muchos años. Thimann para el IAA y posteriormente Rojas Garcidueñas et al (1962) para el
2.4-D.
En muchos casos las diversas hormonas inducen efectos parecidos y, además, la
interacción hormonal dificulta el reconocimiento de efectos típicos para cada hormona. Sin
embargo, es posible hablar de efectos característicos para cada grupo sin pretender que
exista una discriminación perfecta.
El principal efecto auxínico es la estimulación del alargamiento celular o su
depresión según la concentración del producto. Este fue el síntoma que más llamó la
atención a los primeros investigaciones y ha sido bien establecido incluso para las auxinas
usadas como herbicidas (Rojas Garcidueñas y Komedahl, 1958).
Las auxinas, en interacción con otras hormonas ejercen un efecto característico
sobre la diferenciación celular, promoviendo la formación de órganos adventicios. Se dice
que promueven además una desdiferenciación celular retornando las células a una fisiología
de meristemo, tomando diversos caminos de rediferenciación, o formando masas de células
indiferenciadas, verdaderas tumores que desorganización la anatomía de los órganos,
pudiendo causar la muerte como sucede con los herbicidas auxínicos. Como algo
concomitante al efecto sobre el alargamiento, división y diferenciación celular se tiene la
acción de la auxina sobre la dominancia apical y los tropismos.
Los efectos citológicos se basan en efectos bioquímicos. Las auxinas activan a las
enzimas de la deshidrogenación respiratoria en el ciclo de Krebs. Además, el contenido
enzimático de las plantas tratadas con auxinas es diferente al de las no tratadas.
Un efecto compartido con otras hormonas es el de activar el transporte de nutrientes
por el floema. El IAA induce una acumulación de fósforo en el sitio en que se aplica (Davis
y Wareing, 1965) así como de metabolitos marcados (C). En todos los casos el movimiento
se hace por el floema (Patrick y Wareing, 1973).
Los principales procesos orgánicos que controlan las auxinas son: iniciación de la
radícula y de las raíces adventicias, retención de flores y frutos, paso de flor a fruto,
juventud del follaje (interacción compleja) y tropismos.
LAS AUXINAS
Unos de los aspectos más asombrosos de la fisiología vegetal es el que un pequeño
grupo de compuestos de gran simplicidad química, las fitohormonas, produzcan una
variedad y de efectos tan extraordinaria en un número tan grande de situaciones diferentes.
Algunos de ellos varían en al amplitud (por ejemplo, los efectos del IAA sobre la pared
celular, la absorción del agua, el crecimiento, el metabolismo, el transporte, la fotosíntesis y
el alargamiento de la célula) que sugieren una variedad de mecanismos de acción hormonal
diferentes.
Síntesis, movimiento e inactivación
El control hormonal puede lograrse por la operación de la hormona de manera
específica o general, o bien por el establecimiento de gradiente de concentración
polarizadas en los tejidos. Los gradientes se desarrollan por la síntesis localizada de una
hormona, por su movimiento o transporte, y por su destrucción. El crecimiento parece ser
un requisito para la síntesis de IAA y éste parece producirse principalmente en los ápices en
desarrollo, hojas en expansión y tejidos con igual actividad meristemática. Hay problemas
con respecto a la raíz; algunos experimentos sobre crecimiento radical sugieren que la
auxina es el agente mediador en el control de la morfología de la raíz por el ápice. Si
embargo, la cantidad de auxina presente en la raíz es casi inmensurable y no se ha tenido
una evidencia directa de que se produzca en ese órgano. Parece más probable que la auxina
presente en la raíz se transporte del tallo, pero este problema no se ha resuelto aún.
El transporte polar de la auxina es responsable en gran parte de su especificidad de
acción. Las razones de que el transporte sea polar no están claras, pero pueden relacionarse
con los gradientes eléctricos o iónicos y la permeabilidad diferencial de la auxina en forma
iónica o como ácido libre. La auxina se mueve con extrema lentitud, no mayor de la que
podría esperarse por difusión de célula a través de las paredes de las mismas. Su
movimiento no es totalmente basipétalo; numerosos experimentos recientes han
demostrado que si se aplica IAA radioactivo se mueve de modo acrópetalo con velocidad
considerable. Desafortunadamente no es posible determinar cuánta se mueve así o qué
proporción del complejo total móvil de auxinas esta involucrado. Parece posible que pueda
moverse simultáneamente en direcciones opuestas, pero en diferentes tejidos o en diferentes
columnas de células. El transporte y los mecanismos que regulan el crecimiento están
relacionados estrechamente y tal vez tengan un proceso primario común.
Las auxinas se producen casi continuamente por algunos tejidos de la planta; sin
embargo no se acumulan en grandes cantidades. Esto significa que algún proceso o
procesos, de inactivación o de destrucción deben ocurrir. De hecho su inactivación es una
parte importante del sistema por el que se logran el control y la correlación del desarrollo,
pues la concentración de auxina en un sitio dado es proporcional tanto a la tasa de su
producción o transporte como a la tasa de su destrucción.
Una de las distinciones más importantes entre las auxinas naturales como el IAA y
algunos de los herbicidas auxínicos sintéticos como los ácidos 2.4-dicloro fenoxiacético
(2.4-D) 0 2,4,5-tricloro fenoxiacético (2,4,5-T) es que los compuestos sintéticos son más
estables. Quizá por ser compuestos no naturales hay pocos sistemas enzimáticos que los
atacan con facilidad. Por tanto se acumulan más fácilmente e intoxican a la planta. Una de
las dificultades para experimentar con auxinas como IAA es que la auxina adicionada es
inactivada muy rápidamente en la mayoría de los tejidos y a menudo es muy difícil
mantener concentraciones más altas de lo natural en los tejidos experimentalmente.
Otra dificultad experimental es que numerosas bacterias degradan al IAA. Las áreas
donde se maneja frecuentemente, particularmente lugares no estériles como invernaderos,
tienden a desarrollar una población apreciable de microorganismos que lo oxidan. Esto hace
que una de las consideraciones experimentales de mayor importancia sea el tener
condiciones estériles. Un pequeño número de bacterias contaminantes puede destruir una
cantidad muy grande (en relación con las cantidades que se usan generalmente) de IAA en
corto tiempo.
Se conocen varios modos de destrucción o inactivación del IAA. Puede ser oxidado
irreversiblemente formando metileno oxindol por un enzima distribuida ampliamente.
Originalmente se pensaba que éste era un compuesto inactivo, pero ahora se ha demostrado
que actúa como un inhibidor del desarrollo en levaduras, bacterias y ciertos sistemas de
plantas superiores.
Sin embargo, aún no está claro si el metileno oxindol se involucra normalmente en
el desarrollo. El IAA puede ser destruido por peroxidasas o por oxidasas que interactúan
directamente con el oxígeno molecular. También puede ser descarboxilado
enzimáticamente.
Otro modo importante por el que el IAA puede ser inactivado rápidamente es por su
conjugación con una variedad de compuestos generalmente en disposición en la célula. No
está claro si el IAA conjugado puede liberado con facilidad, pero muchos conjugados se
consideran inactivos solo temporalmente, así que su formación constituye realmente un
almacenaje mas que una inactivación. Sin embargo, cualquiera sea su permanencia, los
conjugados sirven para reducir la concentración de IAA en los tejidos.
IAA y formación de etileno
Se ha demostrado que el IAA estimula la formación de etileno en muchas
situaciones y éste causa la epinastia y muchos de los efectos formativos que también se
atribuyen al IAA. El resultado es que por un tiempo se sospechó que la acción primaria del
IAA era causar la formación de etileno. Sin embargo, se ha hecho notar que éste tiene
efectos opuesto al IAA en ciertos casos. Por ejemplo, el efecto de ambos en la senescencia y
en la abscisión son por completo diferentes. Además, es dudoso que se produzca etileno en
cantidad suficiente para alcanzar una concentración efectiva, particularmente en los tejidos
del tallo donde se difundirá rápidamente hacia el exterior.
En las raíces el IAA estimula la formación de etileno, los efectos de la auxina en
ella (particularmente el geotropismo) pueden atribuirse al etileno mas que al IAA
directamente. Crecimiento de la raíz, como el IAA, y la inhibición es suprimida en gran
parte por el dióxido de carbono. Se ha observado una estimulación por el dióxido de
carbono de varios sistemas en desarrollo afectados por las auxinas, incluyendo los
coleóptilos de pastos, y se piensa que el dióxido de carbono es inhibidor competitivo del
etileno.
Efecto de la IAA sobre enzimas específicas
Se ha informado que el IAA estimula en forma directa (posiblemente alostérica) a la
enzima que condensa el citrato en los cotiledones de maíz, e inhibe la descarboxilación del
piruvato y d
-cetoglutarato en el ciclo de Krebs en las raíces de chícharo.
Un punto interesante que relaciona la síntesis de auxina y su control es que el IAA
inhibe fuertemente a la enzima indol etanol oxidasa. Esta es un enzima importante en una
de las principales vías de síntesis del IAA al parecer la más importante en ciertas plantas.
La síntesis de auxina puede estar bajo un control de retroacción o autocontrol al menos en
plantas como el pepino, en las que ésta es la vía principal de síntesis de la auxina.
Auxinas y transporte
La aplicación de IAA o de auxinas sintéticas parece causar una demanda artificial
hacia la cual se movilizan los productos recientes de la fotosíntesis o los nutrientes
marcados aplicados. Se ha sugerido que algunos de los efectos de las auxinas sobre el
desarrollo son resultado del aumento en la nutrición y en el metabolismo causado por la
dirección del transporte de los nutrientes y de las citocininas que ejercen aquéllas. Pero
muchas de las acciones importantes de la auxina, tales como la estimulación del
alargamiento celular que causa las respuestas trópicas, son muy rápidas y directas y no se
relacionan en manera alguna con los fenómenos de la nutrición.
Efectos en la pared celular
Hace tiempo que se encontró que el IAA estimula el alargamiento de la célula y las
primeras teorías. Se han desarrollado muchas teorías de la acción de las auxinas
fundamentadas en su efecto de relajamiento de las ligaduras que guardan a los
microfibrillas juntas y entrecruzadas, provocando que se deslicen una sobre otra. Se piensa
que así es como la auxina determina que la pared se torne plástica y entonces la absorción
del agua causa que la célula se hinche como un globo.
El IAA actúa directamente sobre las paredes celulares más que sobre mecanismos
genéticos o bioquímicos que afectarían, a su vez, a las enzimas.
Efectos sobre la síntesis de RNA y de proteína
El crecimiento inducido por la auxina en los tejidos in vitro está asociado con un
aumento en la síntesis de RNA y DNA. Las hormonas pueden afectar el crecimiento por
estimular la síntesis del RNA y por lo tanto a la síntesis de proteínas que debe acompañar
necesariamente al crecimiento.
Las concentraciones de auxina que promueven el crecimiento estimulan la síntesis
del RNA y de las proteínas, en tanto que las concentraciones inhibitorias reducen su
síntesis. Si se suprimen artificialmente el crecimiento, por ejemplo, poniendo el tejido en
una solución osmótica lo bastante fuerte como para impedir la absorción del agua, la
síntesis de RNA sigue ocurriendo. Esto demuestra que la síntesis de RNA es un fenómeno
primario y no una mera consecuencia del aumento del crecimiento. Bajo la influencia de la
auxina se estimula la síntesis de todos los tipos de RNA (RNAm y RNAt, y particularmente
RNA ribosómico).
El fisiólogo norteamericano D.J. Armstrong, basado en especulación teórica, ha
sugerido que el IAA funciona como una señal para la iniciación de la cadena polipeptídica.
Puede actuar como ciertos aminoácidos esenciales para la síntesis del RNA en las bacterias
Key y sus colegas, en base a sus investigaciones sobre la síntesis del IAA y a las de otros
investigadores sobre la síntesis in vitro del RNA, sugirieron que la auxina puede funcionar
a nivel de regulador o activador de la transcripción.
Es claro que actualmente no se puede explicar con precisión la acción de la auxina.
Las evidencias sugieren que puede haber más de un sitio primario de reacción. Uno de
éstos, responsable de reacciones rapidísimas tales como la fase inicial del crecimiento por
alargamiento (y quizás la transmisión de estímulos como en Mimosa), bien puede actuar
directamente sobre la pared celular o la membrana plasmática como lo sugiere la teoría del
crecimiento por reacción ácida. El segundo, responsable de la continuación del crecimiento
y de la síntesis proteica que debe acompañarlo, parece actuar a nivel de la síntesis del RNA
y de las proteínas. Puede esperarse que las técnicas bioquímicas modernas aclaren estos
mecanismo en un futuro cercano. Pero aún entonces el problema integral estos mecanismos
en un futuro cercano. Pero aún entonces el problema integral de la regulación de las propias
hormonas durante el desarrollo vegetal deberá ser investigado.
Estructura y actividad
Aún sin saber exactamente cómo o dónde ejerce la auxina sus efectos, ésta debe
formar un complejo o reaccionar de algún modo con algún compuesto celular para modular
la actividad química de la célula.
La actividad de la auxina proviene de dos, tres o más puntos de interacción de la
auxina y su substrato a través de enlaces débiles, fuerzas de Van der Waals, atracción
electrostática, enlaces de hidrógeno o la formación de complejos de transferencia de carga.
La relación tan precisa que existe entre la actividad y la posición de las sustituciones
halogenadas en el anillo de varias auxinas sintéticas es una clara indicación de las
exigencias estéricas de un enlace a través de muchos puntos. Por ejemplo, el 2.4-D es una
auxina en extremo potente mientras que el 2.6-D es inactivo; evidentemente la sustitución
en posición 6 inhabilita a la molécula para que se combine adecuadamente con su substrato.
Una de las interrelaciones interesantes de estructura y función se tiene en la serie
auxínica del indol. Los ácidos con un número par de carbonos en la cadena lateral son
activos; un número impar de carbonos en la cadena lateral confiere inactividad.
BIBLIOGRAFIA
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