TEMA_27

TEMA 27. AUXINAS
Introducción.
Naturaleza química.
Compuestos
sintéticos con actividad auxínica. Relación entre
estructura y actividad biológica. Metabolismo.
Transporte.
Niveles
endógenos.
Efectos
fisiológicos. Mecanismo y modo de acción.
Receptores.
CONTENIDOS
Descubrimiento.
Estructura
química:
AIA,
características electroquímicas que confieren
actividad auxínica. Actividad: concepto de
sensibilidad,
influencia
de
la
compartimentalización.
Metabolismo:
biosíntesis (rutas del ácido indolpirúvico, de la
triptamina y de la indolacetoxima), conjugación,
oxidación y degradación (carboxilativa – no
carboxilativa).
Transporte:
hipótesis
quimiosmótica. Efectos fisiológicos: división
celular, rizogénesis adventicia, dominancia
apical, partenocarpia. Mecanismo de acción:
teoría del crecimiento por acidificación.
Aplicaciones comerciales.
OBSERVACIONES: Creemos que sería interesante que
las aplicaciones comerciales mencionadas se dieran
menos esquemáticamente, ampliando así la visión
desde un punto de vista práctico, ya que suponemos
que tener una perspectiva de las aplicaciones no
teóricas del material estudiado es importante.
INTRODUCCIÓN
Las auxinas son reguladores de crecimiento que al
unirse específicamente a receptores de membrana de
células vegetales manifiestan su respuesta interfiriendo
en un proceso fisiológico de la planta como puede ser la
estimulación de la elongación celular “ local ” .
Recordemos que la diferenciación celular en sistemas
vegetales se basa en microambientes distintos que
afectan a núcleos genómicos iguales permitiendo la
expresión génica diferencial.
Los reguladores de crecimiento son la base de la
Biotecnología Vegetal.
DESCUBRIMIENTO
El descubrimiento de los reguladores de crecimiento fue
precedido de una serie de publicaciones:
- En 1880, Francis y Charles Darwin demostraron que
el ápice del coleoptilo de gramíneas era el
responsable de que las plantas se curvaran hacia la
luz. Cuando el ápice estaba al descubierto había
curvatura, sin embargo si estaba cubierto por un
material opaco no la había. De aquí se concluye que
cuando las plantas están expuestas a una
iluminación lateral, “alguna influencia” se transmite
desde la parte superior hacia la base haciendo que
la planta se curve.
- En 1910, Boysen Jersen corta el ápice de un
coleoptilo y observa que éste decapitado no se
curva y sin embargo, al reemplazar el ápice
uniéndolo al coleoptilo por un bloque de agar, hay
curvatura del mismo, lo que llevó a pensar que el
estímulo fuera de naturaleza química.
- En 1929, Paal decapitó coleoptilos y volvió a
colocar ápices de forma asimétrica observando que
el coleoptilo se curvaba incluso en oscuridad.
Propuso que había una sustancia estimulante
excretada por el ápice y que difundía de forma
simétrica en la oscuridad y de forma asimétrica
durante el día haciendo que creciera más la zona
oscura que la zona iluminada.
- La siguiente etapa fue tratar de aislar y caracterizar
la sustancia responsable de este fenómeno. Fue
Went en 1928, quien logró aislarla al cortar
coleoptilos y colocarlos sobre bloques de agar. La
sustancia obtenida se denominó AUXINA.
ESTRUCTURA QUÍMICA: AIA, CARACTERÍSTICAS
QUE CONFIEREN ACTIVIDAD AUXÍNICA
Estructura química:
Molécula sencilla formada por un anillo indol en cuya
posición 3 se sitúa una cadena lateral. La primera
auxina identificada fue el Ácido indolacético (AIA) pero
hoy en día, existen estructuras semejantes por lo que
se reconocen varias configuraciones moleculares,
incluso sin anillo indólico.
Características electroquímicas que confieren actividad
auxínica:
- cadena lateral con grupo hidroxilo responsables de
la actividad.
- Distancia entre cargas positivas y negativas de 0,53
nm que es reconocida por los receptores
específicos de estas fitohormonas.
METABOLISMO
1- Biosíntesis de auxinas
Las auxinas están ampliamente distribuídas en el reino
vegetal. Las auxinas, al igual que el resto de
fitohormonas pueden ser sintetizadas por cualquier
célula vegetal aunque preferentemente en hojas, frutos,
flores, etc. en crecimiento activo.
Se ha observado la existencia de un gradiente
basípeto de distribución de las auxinas en la planta,
existe un alto contenido de ellas en el ápice del
coleoptilo que va disminuyendo a medida que
descendemos hacia la base , donde la cantidad de
auxinas es praticamente nula. Esto mismo ocurre pero
con distribución acrópeta con otras fitohormonas: las
citoquininas.
La existencia de estos gradientes permite la creación
de microambientes distintos que afectan a núcleos
iguales y permite, por tanto, la expresión génica
diferencial.
En plantas existen varias rutas de biosíntesis de AIA:
A- 3 vías de producción de AIA donde el precursor es el
triptófano:
a. ruta del Ácido Indolpirúvico
b. ruta de la Triptamina
c. ruta de la indolacetoxina
B- 1 vía descubierta recientemente donde el precursor
es el Ácido Corísmico.
2- Catabolismo auxínico
La concentración de auxinas en las plantas puede
regularse no sólo por su tasa de biosíntesis y la
velocidad de transporte hacia y desde el órgano que
se considere sino también por los mecanismos de
degradación de la cadena lateral del AIA.
La inactivación del AIA puede lograrse , por ejemplo,
mediante la conjugación de éste con otras moléculas
como ésteres y amidas o por la degradación del AIA
por dos tipos de rutas:
1- Ruta descarboxilativa:
se degrada la cadena
lateral gracias a isoperoxidasas con actividad
catalasa de un complejo multienzimático.
2- Ruta carboxilativa
MECANISMO DE ACCIÓN
El proceso más aparente inducido por auxinas es la
elongación celular “ local ” , éste se lleva a cabo en 2
etapas:
1º Etapa: elongación celular rápida debido a la
inexistencia de regulación génica y al incremento de
protones que favorecen con pHs ácidos,
la
optimización de enzimas hidróliticos: celulasas ,
glicoxidasas, etc. que debilitan la pared celular
justificando un aumento en la presión de turgencia y
provocando finalmente la elongación celular. Esto se
conoce
como
TEORIA
QUIMIOSMÓTICA
O
CRECIMIENTO ÁCIDO DE LA PARED CELULAR.
2º Etapa: elongación a largo plazo debido a la
expresión génica diferencial para la síntesis de
enzimas responsables de la degradación de la pared
celular.
NOTA: mecanismo basado en la existencia de
receptores específicos para auxinas en las células
vegetales.
NIVELES ENDÓGENOS
Bioensayo: proceso de cuantificación del contenido
endógeno de un regulador de crecimiento a partir de la
respuesta
biológica
controlada
en
un
sistema
experimental sometido a estudio.
Ejemplo: estudio del nivel endógeno de auxinas a
partir del grado de curvatura del coleoptilo de
gramíneas.
- Bioensayos → datos aproximados, no tienen en
cuenta la presencia de otras sustancias →
cuantificación poco real.
Hoy en día el análisis del contenido endógeno de
auxinas se basa en técnicas de cromatografía de alta
resolución , métodos inmunoafines y espectrografía de
masas.
Disponiendo de moléculas que controlan el contenido
endógeno de los reguladores de crecimiento puede
interferirse en su mecanismo de acción:
- inhibiendo la biosíntesis del regulador
- inhibiendo la degradación del regulador
- introduciendo moléculas que antagonizan con el
regulador
- inhibiendo el transporte de dicho regulador
En la regulación del contenido endógeno de auxinas
intervienen:
- cantidad de triptófano → biosíntesis
- capacidad de degradación enzimática → oxidación
- conjugación con ésteres y amidas → reservorio de
auxinas
- procesos de compartimentalización
EFECTOS FISIOLÓGICOS
Teniendo en cuenta la “ sensibilidad celular ” ( ver tema
anterior), como la competencia que tienen las células
para reaccionar frente a una determinada dosis de
inductor, en este caso auxinas, podemos destacar:
1- Enraizamiento: muy importante para la multiplicación
de plantas a partir de la introducción de auxinas que
promueven la formación de raíces.
2- Dominancia apical: interacción diferencial con el
medio
ambiente
que
desencadena
procesos
reproductivos diferentes.
3- Inhibición de la abscisión.
4- Elongación celular “ local ” en coordenadas concretas
de la planta.
5- Retraso de la maduración de los frutos.
Estos efectos se pueden validar a partir del
comportamiento de las auxinas en los cultivos in vitro en
los que:
- provocan la expansión de la pared celular
- inician la división celular
- organización de meristemos
- promueven la diferenciación vascular
APLICACIONES COMERCIALES
- A partir del conocimiento del AIA se impulsó la
síntesis química de moléculas estructuralmente
semejantes para su utilización en agricultura, de
denominaron auxinas sintéticas.
- La ingeniería genética aprovecha el conocimiento
de las rutas de biosíntesis de auxinas para la
transgénesis en plantas.
- Hoy en día las posibles aplicaciones son:
 Enraizamiento con auxinas sintéticas para los
que
las
plantas
carece
de
enzimas
degradativos.
 Aclareo de frutos, las auxinas permiten el
reparto de fotoasimilados.
 Retardante en la caída de frutos.
 Cuajado de frutos.
 Modificador del aspecto de los frutos.
INVESTIGACIÓN ACTUAL
Actualmente se ha demostrado universalmente la
existencia de 2 receptores para auxinas en la membrana
plasmática con diferente afinidad por este regulador.
Existen también
pruebas de la presencia de 2
receptores más, aunque
no estén demostrados
universalmente:
- En el núcleo: permitiría la función de auxinas como
factor de transcripción.
- En el retículo: permitiría la migración de vesículas
con fragmentos de la pared celular.
Marta Pevida