aminoacidos en las plantas-cultivar y proteger

Los Aminoácidos en la Agricultura ModernaLos Aminoácidos en la Agricultura Moderna

Por

Harvey Arjona D., I.A., Ph.D.

CONTENIDOCONTENIDO

1.1. GeneralidadesGeneralidades

2.2. Clasificación de Clasificación de a.a.a.a.

3.3. Metabolismo de los Metabolismo de los a.a.a.a.

4.4. Absorción de Absorción de a.a.a.a. exógenosexógenos

5.5. Obtención industrial de Obtención industrial de a.a.a.a.

CONTENIDO CONTENIDO (continuación)(continuación)

6. Funciones de los 6. Funciones de los a.a.a.a.

7. Efecto anti7. Efecto anti--estrés de los estrés de los a.a.a.a.

8. Relación 8. Relación a.a.a.a. enfermedadesenfermedades

9. Efecto de los 9. Efecto de los a.a.a.a. en el sueloen el suelo

10. Conclusiones10. Conclusiones

1. Generalidades

Los a.a. son la unidad estructural de las proteínas.

Las proteínas son polímeros macromoleculares de aminoácidos.aminoácidos.

HI

R - C - COOHI NH2

Aminoácidos (continuación)

1. Generalidades

Las proteínas son esenciales para los seres vivos.

Sin proteínas no existiría la vida.

Las proteínas cumplen diversas funciones en la célula.

Aminoácidos (continuación)

1. Generalidades

Las proteínas pueden ser:

Estructurales.

Catalíticas.

Proteína Integral

Proteína Periférica

Polisacárido

Fosfolíìdo

Esterol

Cabeza hidrofílica

Proteína Integral

Proteína Periférica

Modelo de Mosaico Fluido de una membrana celular, mostrando proteínas estructurales Periféricas e Integrales.

Aminoácidos (continuación)

1. Generalidades

Las proteínas son a la célula lo que las personas son a una empresa.una empresa.

Una planta superior puede producir cerca de unas 30.000 proteínas.

Las proteínas participan en todo el metabolismo celular.

Aminoácidos (continuación)

1. Generalidades

Las proteínas participan en procesos como:Las proteínas participan en procesos como:

Fotosíntesis.

Respiración.

Absorción de nutrientes minerales.

Transporte de carbohidratos, etc.

Aminoácidos (continuación)

1. Generalidades

Como las proteínas son polímeros macromoleculares de a.a., entonces éstos son esenciales para la vida.

Si a una planta se le retiran de su metabolismo unos pocos a.a., ésta muere en pocos días.

Aminoácidos (continuación)

1. Generalidades

Los a.a. son a las proteínas lo que los caracteres son al Los a.a. son a las proteínas lo que los caracteres son al idioma.

GATA: glicina-alanina-tirosina-asparagina.

Hembra de felino o secuencia de a.a. en una proteína.

Aminoácidos (continuación)

1. Generalidades

La secuencia en la que se unen los a.a. determina la La secuencia en la que se unen los a.a. determina la “estructura primaria de la proteína”.

Además de ésta existen las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria cuya integridad es esencial para la funcionalidad de la proteína.

2. Clasificación de los aminoácidos

En la forma mas general, los a.a. se clasifican en:

Aminoácidos esenciales o protéicos (20).

Aminoácidos no esenciales cerca de 200.

2. Clasificación de los aminoácidos (continuación)

Según su polaridad los a.a. se clasifican como: Según su polaridad los a.a. se clasifican como:

1. No polares

2. Polares sin carga

3. Polares con carga negativa

4. Polares con carga positiva

2. Clasificación de los aminoácidos (continuación)

H

I R - C - COO -

I NH3

+

2.1. Aminoácidos esenciales o proteicos

1. No polares1. No polares

- Alanina - Metionina

- Fenil alanina - Prolina

- Isoleucina - Triptófano

- Leucina - Valina

2.1. Aminoácidos esenciales (continuación)

2. Polares sin carga

- Asparagina - Tirosina

- Cisteina - Treonina

- Glicina - Serina

- Glutamina

2.1. Aminoácidos esenciales (continuación)

3. Polares con carga negativa

- Acido aspártico

- Acido glutámico

2.1. Aminoácidos esenciales (continuación)

4. Polares con carga positiva. 4. Polares con carga positiva.

- Arginina

- Histidina

- Lisina

2.2. Aminoácidos no esenciales

Cerca de 200 a.a. no protéicos.

Cumplen papeles metabólicos importantes.

L – ornitina y L – citrulina.

Intermediarios del ciclo de la urea.

3. Metabolismo de los aminoácidos

3.1. Síntesis de aminoácidos

Asimilación del NO3

El NO3 absorbido debe ser reducido en la planta a NH4(raíz, hojas) para ser incorporado a los a.a.

NO3 NO2 NH4

El Costo energético de esta reducción es de 15 ATP+ 5 ATP para la asimilación del nitrato.

Nitrato Reductasa Nitrito Reductasa

3.1. Síntesis de aminoácidos

La mayoría del NH4 absorbido es incorporado a compuestos orgánicos en la raíz, p.e. a.a., amidas,

3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)

compuestos orgánicos en la raíz, p.e. a.a., amidas, con liberación de H+.

La asimilación del NH4 demanda gran cantidad de esqueletos de C.

La respiración provee los esqueletos de C.

3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)

3.1. Síntesis de aminoácidos

ácido α - ceto-glutárico + NH4 + de-hidrogenasa glutámica

ácido glutámico

La síntesis de a.a. tiene un alto costo energético para la

3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)

La síntesis de a.a. tiene un alto costo energético para la planta (20 ATPs).

Si la reducción del NO3 se hace en la raíz el poder reductor (NADH+H) proviene de la respiración (consumo de CHOS).

Si la reducción del NO se hace en la hoja el poder

3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)

Si la reducción del NO3 se hace en la hoja el poder reductor (NADPH + H) proviene de la fotosíntesis.

En este caso, la reducción del NO3 compite con la reducción del CO2.

3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)

Sintesis de a.a. por trans-aminación

COOH COOH

I I

C = O COOH H2N C H COOHC = O COOH H2N C H COOH

I I I I

C H2 + H2N C H + Glutámico – alanina C H2 + C = O

I I trans-aminasa I I

C H2 CH3 C H2 CH3

I I

COOH COOH

ácido α Cetoglutárico + L – alanina ác. L Glutámico + ac. Pirúvico

Reacción 1. Reacción de transaminación ejemplificando la síntesis de ác. glutámico.

3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación).

- ácido pirúvico

ácido oxaloacético

acetil Co A

La respiración provee esqueletos de C para la síntesis de a.a.

ácido málico ácido cítrico

ácido fumánico ácido isocítrico

ácido succínico ácido α - cetoglutárico

Succinil CoA

Figura 1. Ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos.

Ciclo de Krebs

3. Metabolismo de los aminoácidos (continuación)

3.2. Síntesis de polipéptidos y de proteínas.

H O R2

I II I

R1 – C - C - N - C - COO H

I I I

NH2 H H

4. Absorción de a.a. exógenos

Fácilmente absorbidos por la planta.

Entre el 5 y el 20% entran antes de un día. Entre el 5 y el 20% entran antes de un día.

Las plantas reconocen a los a.a. como sustancias muy afines (compatibles) del metabolismo celular.

En plantas con adecuados niveles de K y de Zn los a.a. rápidamente son convertidos en proteínas.

4.1. Transporte de aminoácidos a corta distancia

1. Simporte.

- a.a. no polares.

4. Absorción de a.a. exógenos (continuación)

- a.a. no polares.

- a.a. polares con carga negativa.

2. Uniporte.

- a.a. con carga positiva.

5. Obtención industrial de aminoácidos

A partir de proteínas vegetales o animales por hidrólisis.por hidrólisis.

1. Hidrólisis ácida.

2. Hidrólisis ácida controlada.

3. Hidrólisis enzimática.

5.1. Desventajas de la hidrólisis ácida

Destruye algunos aminoácidos (triptofano) si no es controlada.

5.2.Ventajas de las hidrólisis enzimática.

Muy completa.

No hay destrucción de aminoácidos.

6. Funciones de algunos aminoácidos

6.1. Alanina

Favorece la síntesis de clorofila.

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

6.2. Ácido glutámico.

Precursor importante de la biosíntesis de otros a.a. Precursor importante de la biosíntesis de otros a.a.

Estimula el crecimiento.

Participa en los sistemas de resistencia de la planta.

Aumenta el poder germinativo del grano de polen y la elongación del tubo polínico

6. 3. Arginina

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Estimula el desarrollo de raíces.

Involucrada en la síntesis de clorofila.

Efecto rejuvenecedor en la planta.

Precursor de poliaminas.

6. 3. Arginina

principal a.a. de translocación en el floema.

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

principal a.a. de translocación en el floema.

Uno de los principales a.a. en la rizosfera junto con el ácido glutámico y el ácido aspártico.

Mejora la solubilidad y la asimilación de nutrientes.

6.4. Glicina

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Tiene un efecto quelatante importante.

Favorece el desarrollo de brotes y hojas.

Precursor de grupos pirrol (clorofila).

Participa en los sistemas de resistencia de la plantajunto con la lisina.

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

6.5. Leucina

Promueve la síntesis de giberelinas.

6.6. Metionina

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Precursor del etileno.

Aplicada al suelo favorece el crecimiento

radicular.

6.7. Prolina

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Papel importante en el equilibrio hídrico.

Aumenta en la planta en condiciones de estrés.

Favorece la apertura estomática.

Sinergisa la actividad de las giberelinas.

6.8. Valina

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

6.8. Valina

Promueve la germinación de semillas.

Síntesis de clorofila. Síntesis de clorofila. AlaninaAlanina, , argininaarginina, , glicina.glicina.

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Desarrollo de raíces. Desarrollo de raíces. ArgininaArginina, , metioninametionina..

Efecto rejuvenecedor. Efecto rejuvenecedor. ArgininaArginina..

Efecto Efecto quelantequelante en el suelo. en el suelo. Glicina.Glicina.

Desarrollo de brotes y hojas. Desarrollo de brotes y hojas. Glicina.Glicina.

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Desarrollo de brotes y hojas. Desarrollo de brotes y hojas. Glicina.Glicina.

Sistemas de resistencia de la planta. Sistemas de resistencia de la planta. Glicina, lisina, ácido Glicina, lisina, ácido glutámicoglutámico..

Síntesis de Síntesis de giberelinasgiberelinas. . Leucina, Leucina, prolinaprolina..

Retrasan la senescencia Retrasan la senescencia

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

ArgininaArginina y y metioninametionina son precursores de son precursores de poliaminaspoliaminas como como esperminaespermina y y espermidinaespermidina..

Éstas tienen acción rejuvenecedora y Éstas tienen acción rejuvenecedora y retardanteretardantede la senescencia.de la senescencia.

Efecto en la polinizaciónEfecto en la polinización

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Algunos aminoácidos mejoran la germinación del Algunos aminoácidos mejoran la germinación del grano de polen y la elongación del tubo polínico.grano de polen y la elongación del tubo polínico.

La La prolinaprolina mejora la resistencia del polen a mejora la resistencia del polen a temperaturas extremas.temperaturas extremas.

Efecto en la polinizaciónEfecto en la polinización

6. Funciones de algunos a.a. (continuación)

Las aplicaciones de Las aplicaciones de a.a.a.a. aumentan el contenido de aumentan el contenido de aminoácidos libresaminoácidos libres en floresen flores, aumentando la atracción , aumentando la atracción de insectos. de insectos.

InsectosInsectos sinovigénicossinovigénicos vrsvrs. . provigénicosprovigénicos.. .

7. Efecto anti-estrés de los a.a.

7.1. Principales tipos de estrés

• Hídrico

• Térmico

• Salino

• Microbial

• Atmosférico

• Cultural

• Fisiológico

• Lumínico

7.2. Efectos del estrés en las plantas

1. Cese de la fotosíntesis.1. Cese de la fotosíntesis.

2. Aumento de la respiración.

3. Inicio y/o aceleración de la senescencia foliar.

4. Disminución de la síntesis de metabolitos.

5. Aumento de la degradación de proteínas.

6. Incremento en la síntesis del ABA.

7.3. Formas como la aplicación exógena de a.a. ayuda a la planta a superar el estrés

1. Los a.a. liberados son osmolitos.1. Los a.a. liberados son osmolitos.

2. Los a.a. son fuente de C, S, y de N.

3. Protegen enzimas preexistentes y fomentan síntesis de enzimas de novo.

4. Retrasan la senescencia.

5. Facilitan la toma de nutrientes minerales.

Los a.a. son necesarios para la síntesis de proteínas relacionadas con la patogenicidad (PR).

8. Relación a.a. enfermedades

Las proteínas PR son un grupo diverso de proteínas que son tóxicas a hongos invasores patogénicos.

Se producen en mayores concentraciones siguiendo situaciones de estrés o ataque de patógenos.

Estas proteínas se sintetizan en respuesta alataque de una plaga o del tratamiento con

8. Relación a.a. enfermedades (continuación)

ataque de una plaga o del tratamiento con elicitores.

Algunos de los genes que codifican la síntesis de las PR son activados por la vía de los JAs y del etileno.

Muchas PR tienen actividad anti-microbiana.

La familia PR-2 la componen enzimas con

8. Relación a.a. enfermedades (continuación)

La familia PR-2 la componen enzimas con actividad 1,3 -glucanasa.

La familia PR-6 la constituyen inhibidores deproteinasas, p.e. defensinas, tioninas, lisosimas, lipo-oxigenasas.

Algunos a.a. participan directamente en los sistemas de resistencia de la planta p.e.

8. Relación a.a. enfermedades (continuación)

La fenil-alanina, la tirosina, el triptofano, la lisina y la ornitina son precursores de alcaloides contra patógenos y hervíboros.

La fenil-alanina interviene en la síntesis del SA por activación de la PAL dando lugar al ácido trans-cinámico.

8. Relación a.a. Enfermedades (continuación)

La cisteína es abundante en defensinas y en tioninas (PR6) que tienen potente acción tioninas (PR6) que tienen potente acción antifúngica.

La glicina hace parte de varias defensinas y proteínas estructurales de la pared celular de dicotiledoneas.

8. Relación a.a. enfermedades (continuación)

La lisina es importante para la síntesis de PR6.

La hidroxi-prolina es abundante en las extensinas de la pared celular (glico-proteínas).

Las extensinas refuerzan la resistencia a lainvasión de patógenos.

9. Efecto de los a.a. en el suelo

Efecto quelatante de nutrientes minerales catiónicos.

COO OOCCOO OOC

I I

H – C - H Metal H - C - H

I I

NH2 H2N

10. Conclusiones

1. Los a.a. son una fuente importante de C, 1. Los a.a. son una fuente importante de C, S y de N para el metabolismo vegetal.

2. Los a.a. y las proteínas tienen un efectoimportante en el equilibrio hídrico de la célula y de la planta (osmolitos)

3. La aplicación exógena de a.a. representa un ahorro energético significativo para la planta.

10. Conclusiones (continuación)

ahorro energético significativo para la planta.

4. Los a.a. aplicados exógenamente son fácil-mente absorbidos por las hojas y por la raiz.

10. Conclusiones (continuación)

5. Los a.a. ayudan significativamente a la planta en situaciones de estrés.en situaciones de estrés.

6. Los a.a. contribuyen al sistema defensivo de las plantas de varias formas:

Como precursores de lignina y de suberina.

6. Los a.a. contribuyen al sistema defensivo de las plantas de varias formas:

10. Conclusiones (continuación)

Como precursores de SAs.

Como constituyentes de proteínas deresistencia.

Como anti-estresantes.

¡¡¡ GRACIAS POR SU ATENCIÓN !!!