Problema 1.

Hipocotilo: zona donde se insertan los cotiledones en las dicotiledóneas.

Cotiledones: son las hojas primordiales constitutivas de la semilla y se encuentran en el germen o embrión. Las monocotiledóneas tienen 1 cotiledón (escutelo y coleoptilo) y las dicotiledóneas tienen 2 (radícula, hipocotilo y epicotilo).

a)

Introducción giberelinas:

Las giberelinas a nivel celular actúan entre otras cosas: regulando el transporte de calcio, induciendo la deposición transversal de microtúbulos y aumentando tanto la división celular como la elongación de las células de las hojas y de los tallos. En cuanto a la elongación celular, las giberelinas aumentan la velocidad de elongación:

-provocando un aumento de la extensibilidad.-aumentando la plasticidad.-aumentando tensión de relajación de las paredes de las células.

Estimulan la elongación de los entrenudos de muchas especies, aunque es más acusado en herbáceas, enanas y en rosetas.

El periodo de latencia antes del inicio del crecimiento inducido por GAs es mayor que para las auxinas.

Las auxinas promueven la biocenosis de giberelinas, y viceversa. Se ha demostrado que la presencia de auxinas promueve la transcripción de GA3ox y reprime la transcripción de GA2ox.

Introducción auxinas:

Están implicados a nivel celular en procesos del desarrollo vegetal porque afectan a la división, el crecimiento y la elongación celular. En cuanto a la elongación celular (2ª etapa del crecimiento celular: aumenta la extensibilidad de la pared favoreciendo la elongación. Las auxinas regularán la producción de "factores de ablandamiento de la pared" encargados de romper enlaces entre los polisacáridos que componen la estructura de la pared celular).

Las auxinas inducen la elongación celular en secciones de tallo o coleoptilo (primera hoja modificada de tal modo que forma una caperuza cerrada sobre las hojas siguientes y el meristemo apical) después de un periodo de latencia de 10 a 12 min, alcanzándose la máxima velocidad de crecimiento entre 30 y 60 min después del tratamiento con auxina.

- Gráfica 1: efecto de GA3 en el crecimiento de hipocotilos.

En la gráfica se puede ver como la giberelina GA3 produce el crecimiento de los hipocotilos a medida que pasan los días. Cuanta más concentración de GA3 hay, más crece la planta cada día.

Ejemplo: en el 5º dia.

Cuando no se adiciona giberelina se ve que los hipocotilos apenas crecen.

Cuando [GA3]= 1 µM, el hipocotilo ha crecido más de 20mm.

Cuando [GA3]= 10 µM, el hipocotilo ha crecido más de 40 mm.

Cuando [GA3]= 100 µM, el hipocotilo ha crecido más de 60mm.

- Gráfica 2: efecto de AIA (ácido 3-indol acético) en el crecimiento de hipocotilos.

En este caso se puede ver que, al contrario que GA3, AIA no producen el crecimiento de los hipocotilos a medida que aumenta su concentración.

Esto se debe a que si la concentración de auxina es superior a la necesaria, ésta puede tener un efecto inhibitorio del crecimiento en ciertos órganos de las plantas que son más sensibles a concentraciones supraóptimas. La concentración óptima de auxina para el crecimiento es de 10−6 a 10−5 M. La inhibición por debajo de una concentración óptima, se atribuye a la síntesis de etileno inducida por auxina. La hormona etileno inhibe la elongación del tallo en muchas especies, y produce el crecimiento en grosor.

[AIA]= 1µM = 10−6M

[AIA]= 10µM= 10−5M

[AIA]= 100µM = 10−4M

Se ve que la concentración de AIA a 10−4M está por debajo de la concentración óptima por lo que se inhibe el crecimiento.

La concentración de AIA a 10−6M está por encima de la concentración óptima 10−5M y comienza a ser menos efectivo para el crecimiento.

La concentración de AIA a 10−5M es justo la concentración óptima por lo que se produce más crecimiento que con las otras dos concentraciones.

b) Procesos que regulan la concentración de auxinas en un tejido.

- RUTA DE SÍNTESIS DE AIA.

Se han descrito varias rutas para la biosíntesis de AIA a partir del aminoácido aromático triptófano con el cual dicha hormona guarda una relación estructural:

1. La ruta del ácido indol-3-pirúvico (IPA):-El triptófano es convertido en ácido indolpirúvico mediante una reacción de transaminación para formar ácido indol-3-pirúvico.-El ácido indol-3-pirúvico se convierte en indol-3-acetaldehido (IAId) gracias a una reacción de descarboxilación.- El indol-3-acetaldehido es oxidado a IAA por una deshidrogenasa.Se ha descrito una ramificación de esta ruta que podría ser un mecanismo alternativo para la regulacion de los niveles de AIA: el indol-3-acetaldehido puede ser reducido a indol-3-etanol por la IAId reductasa. El paso reverso de esta reacción sería catalizado por TOL oxidasa.

2. La ruta de la triptamina (TAM):- El triptófano sufre una reacción de descarboxilación catalizada por la Trp descarboxilasa, transformándose en triptamina (TAM).

- La triptamina se transforma en indol-3-acetaldehido (IAId) mediante una desaminación oxidativa.- El indol-3-acetaldehido, es el sustrato de la reacción catalizada por IAId deshidrogenasa resultando como producto el ácido indol-3-acético (AIA).

3. La ruta del Indol-3-acetonitrilo (IAN):- El triptófano se convierte en indol-3-acetaldoxima.- La indol-3-acetaldoxima se convierte en indol-3-acetonitrilo.- La enzima nitralasa cataliza la reacción mediante la cual el indol-3-acetonitrilo se convierte en ácido indil-3-acético.

-CONJUGACIÓN.

Las auxinas conjugadas se forman por la unión covalente del AIA con otras moléculas. Se consideran hormonalmente inactivas.

1. Auxinas conjugadas con compuestos de bajo peso molecular:- Ésteres de AIA con glucosa y mio-inositol.- Amidas (AIA-N-aspartato).2. AIA conjugado con compuestos de alto peso molecular: AIA-glucano y AIA-glicoproteinas.

Funciones de los conjugados:- Almacenamiento o reserva del AIA: nos da la posibilidad de pensar que las auxinas conjugadas sean almacenadas para después poderlas hidrolizar y así dar AIA libre necesario para el crecimiento de la planta, son por tanto reversibles. Ej: el AIAasp (ácido indolacético aspártico) se hidroliza en las etapas de crecimiento de la planta cuando aumenta la demanda de AIA libre.-Protección: las auxinas conjugadas protegen al AIA libre de la oxidación por parte de la peroxidasa.-Transporte: como las auxinas conjugadas se pueden hidrolizar para dar AIA libre, por ejemplo en la germinación de las semillas del maíz las AIAinos (ácido indolacético inositol) son transportadas desde el endospermo hasta el tallo a través del floema.-Desintoxicación: ante un aumento excesivo de auxina, se elimina formando estos conjugados.

-DEGRADACIÓN.

La degradación del AIA se produce por una oxidación llevada a cabo por más de una ruta:

1. Ruta descarboxilativa: en ella se produce la pérdida como CO2 del grupo COOH de la cadena lateral gracias a la función catalizadora de la AIAoxidasa. El AIA pasa a indolmetanol si la oxidación se produce en una cadena lateral o a hidroximetiloxindol si se produce en el núcleo indólico.

2. Ruta no descarboxilativa: se produce en el anillo indólico del AIA sin pérdida del grupo carboxilo. El primer producto es el ácido 2-oxindol-3-acético, y más tarde el ácido 7-hidroxi-2-oxindol-3- acético.Como diferencia de la oxidación descarboxilativa, la no descarboxilativa solo se ha podido comprobar en ciertas especies.

- TRANSPORTE.

Todas las hormonas se transportan por difusión célula a célula para distancias cortas.También transporte a través de los tejidos vasculares (xilema y floema).

El AIA además puede ser transportado por células no vasculares, como las células del cambium y células parcialmente diferenciadas asociadas al floema mediante un transporte unidireccional denominado transporte polar. En el tallo la dirección es desde el ápice hacia la base (transporte basípeto) y en la raíz la dirección es preferentemente acrópeta (hacia el ápice).

-Características: - No se ve afectado por la orientación del tejido (por tanto independiente de la gravedad).- Requiere energía metabólica. Se ve en la sensibilidad a la falta de oxígeno y a la presencia de inhibidores metabólicos.- La velocidad del transporte polar es mayor que la de difusión simple, pero más lento que transporte a través del floema.- Es un transporte específico de auxinas activas lo que sugiere la existencia de proteínas transportadoras específicas en membrana.

- Hipótesis quimiosmótica del transporte polar de auxinas: Se basa en:-El gradiente de pH entre pared y citoplasma.-La permeabilidad selectiva de la membrana.-La localización de transportadores específicos en la base de las células transportadoras.

1. Incorporación de auxinas a las células transportadoras:- Por difusión pasiva de la forma protonada (IAAH) a través de la bicapa lipídica. La difusión se verá favorecida por el gradiente de pH existente a ambos lados de la membrana plasmática, generado por bombas protónicas (H+ - ATPasa de memb. plasmática) que mantienen un pH más bajo en la pared celular (pH=5) que en el citoplasma (pH= entre 7 y 7,5).

- Por transporte activo secundario de la forma disociada (IAA-) mediante cotransporte tipo simporte 2H+ IAA-.AIA- forma cargada negativamente, necesita una proteina para cruzar la membrana (AUX). El IAA incorporado en las cel. vegetales aumenta a medida que disminuye el pH celular.El cotransporte simporte de auxina en el que se intercambian 2H+ por anión auxina, permite aumentar la acumulación de auxina más que la simple difusión pasiva porque está dirigido por la fuerza protón-motriz.

2. Salida de auxina:Una vez que entra en el citosol (que tiene un pH de 7,2) casi todo el IAA se desprotona. La membrana es impermeable al anión AIA- que solo podría salir de la célula mediante transportadores específicos (PIN). La distribución asimétrica de estos transportadores en la base de las células originaría la polaridad del transporte.

Fuera de la célula el bajo pH de la pared permitiría la transformación de parte del AIA- en AIAH que pasaría a la siguiente célula por difusión (AIAH) o mediante transportador de entrada (AIA-).

AUX: transportadores de entrada pertenecen a la familia de las permeasas de aminoácidos.PIN: transportadores de salida (PIN1 localizado en la base de las células transportadoras del tallo).

Las auxinas también se transportan a través del floema. Esta ruta floemática es la principal para el transporte de auxinas a largas distancias. Recientes investigaciones han sugerido que el transporte polar y la ruta floemática no son independientes, sino que las auxinas pueden ser transferidas desde la ruta floemática a la ruta de transporte polar.

c) En primer lugar la auxina tiene que ser detectada por la célula uniéndose específica e irreversiblemente a un receptor específico (PERCEPCIÓN) que puede ser: TIR 1/AFB, ABP-1.

TIR 1/AFB

En el caso de TIR 1/AFB, encontramos la AUX/AIA inhibiendo a la proteína efectora ARF la cual está unida a secuencias AuxRE y por tanto se esta inhibiendo la expresión de genes. Cuando se une la auxina al receptor TIR 1/AFB la AIA es secuestrada, este receptor es de tipo F-box que se encargan de marcar a otras proteínas para ser degradadas, por lo que se forma el complejo SCFTIR1 ubiquitina ligasa que marcará a AUX/AIA la cual será llevada al proteasoma para que sea degradada, de esta manera la proteína efectora ARF dejará de estar inhibida y se producirá la expresión de los genes.

Estos genes pueden ser:

GENES TARDÍOS. Requieren la exposición a auxinas de 1 hora o más para ser expresados. Controlan respuestas a largo plazo.

GENES TEMPRANOS. Responden a la acción de auxinas en pocos minutos. Controlan respuestas a corto plazo. Hay muchos genes tempranos pero el SAUR es el que controla el crecimiento por elongación que es el que nos interesa por el problema.

ABP-1. Hipótesis del crecimiento ácido.

- Activación directa de las ATPasas. Las auxinas pueden unirse a proteínas de unión a auxinas (ABP). La ABP cambiará su conformación e interaccionará de esta manera con el dominio inhibidor de la ATPasa de membrana y activarla, pasando así protones a través de ella y acidificándose la pared celular.

- Estimulación de la síntesis de ATPasa. La AIA se unirá a ABP-1 y de esta manera se activarán segundos mensajeros que activará la transcripción de genes para la síntesis de estas bombas.

Tanto por un medio como por el otro, el resultado es la salida de protones del citoplasma al espacio apoplástico, hasta que el pH disminuya de 5,5 lo que alterará la estabilidad de los enlaces de la pared o la activación de las enzimas que degradan los enlaces entre los componentes de la misma. Un ejemplo de este último caso es la expansina que rompe los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de celulosa y hemicelulosa, por lo que la pared se vuelve más plástica y comenzará la elongación por medio de la entrada osmótica de agua por la membrana plasmática. Esto conllevará a una mayor turgencia, pérdida de rigidez y la expansión de la célula.

Esta elongación se puede dar en dos fases:

FASE I O FASE TRANSITORIA. Se produce la salida de protones lo que relaja la pared y esto provocará efectos a nivel de membrana como la hiperpolarización, el flujo de iones, la activación de MAP quinasas, etc. Alcanza la velocidad máxima y dura aproximadamente una hora.

FASE II. Se da el aporte de material para el crecimiento. Requiere expresión de genes que codifiquen para proteínas estructurales de pared. Fase más prolongada en la cual la velocidad

del crecimiento se ve estacionaria. En cuanto la auxina deja se exponerse el crecimiento cesa rápidamente.

d) Encontramos dos rutas:

RUTA DESCARBOXILATIVA. En la que el AIA es degradado por la AIA oxidasa desprendiéndose CO2 y generándose como productos indolmetanol o hidroximetiloxindol. Según de donde se produzca la descarboxilación.

RUTA NO DESCARBOXILATIVA. En la cual el AIA no pierde un grupo carboxilo. Es más compleja y menos común obteniéndose diversos productor hasta llegar al final de la ruta.

Por lo que explicaremos que la AIA oxidasa se encarga de degradar el AIA. En los libros dicen que las giberelinas provocan el aumento de la concentración de AIA. Esto es cierto pero gracias a este experimento podemos ver que la causa es porque inhiben a la AIA oxidasa. De esta manera a mayor concentración de giberelinas, menor AIA oxidado debido a que más giberelinas inhiben a más AIA oxidasas y esto provoca que no se degrade.