OLEORESINA DE PINUS - A sua biossínteseAlejandro CUNNINGHAM

alexcunn@uol.com.br – 13 de Setembro 2005 - para ANIPIN RA # 20

“OS PINOS NÃO TEM PÉS”

As plantas estão rodeadas de inimigos potenciais. Todos os ecossistemas tem uma ampla variedade de bactérias, vírus, fungos, insetos, mamíferos e herbívoros, que amenação as plantas.

COMPOSTOS QUÍMICOS ORGÂNICOS NATURAIS conhecidos como METABÓLITOS SECUNDÁRIOS defendem as plantas contra essa variedade de inimigos potênciais.

As coníferas são plantas efetivas em sua adaptação ao meio ambiente, em seus mais de 200mi anos de existência, desde o ártico até as zonas tropicais, e durante a sua vida que pode chegar em alguma variedade até os 4000 anos.

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OLEORESINA DE PINUSA sua biossíntese

1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E SECUNDÁRIOS

2) BIOSSÍNTESE

3) OLEORESINOSIS

4) O PARADIGMA DA RESINAGEM

5) CONCLUSÕES

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Distribuídos diferencialmente entre grupos taxonómicos limitados.

Encontram-se em todas as plantas.

Função: influenciam interações ecológicas entre a planta e o meio ambiente.

Função: Nutrição, crescimento e desenvolvimento.

Terpenos, compostos nitrogenados e compostos fenolados.

Nucleótidos, aminoácidos, açucares, ácidos orgânicos, etc.

Biossíntese: não são facilmente distinguidos uns dos outros, na base de suas moléculas precursoras, estrutura química ou origem biossintético.

METABÓLITOSSECUNDÁRIOS

METABÓLITOSPRIMÁRIOS

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METABÓLITOS SECUNDÁRIOS

TERPENOS (25.000 compostos diferentes)Derivados biossinteticamente do ISOPENTENIL DIFOSFATO (5 átomos de carbono). α-pineno(terebintina), ácido abiético (breu), carotenoides, taxol, limoneno, oleos esenciais, borracha.

COMPOSTOS NITROGENADOS (12.000 comp.)Contem um o mais átomos de nitrogenio. Alcaloides, glicosidos, cafeina, nicotina, cocaina, morfina, atropina.

COMPOSTOS FENOLADOS (8.000 comp.)Formados por um o dois aneis aromáticos e um grupo funcional OH. Taninos, flavonoides, lignina, coumarina, vainillina, ácido salicílico.

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MONOTERPENOS

SESQUITERPENOS

DITERPENOS

Os TERPENOS derivam da uniãode uma o mais moléculas de

ISOPENTENIL DIFOSFATO (IPP)

geranildifosfato

geranil geranildifosfato

farnesildifosfato

=

dimetilalil difosfato

alex

cunn

@uo

l.com

.br

-Set

embr

o 20

05

-6 -

H2O

CO2LUZ SOLAR

MICRONUTRIENTES

FOTOSSÍNTESE BIOSSÍNTESE

METABÓLITOS PRIMÁRIOS

METABÓLITOS SECUNDÁRIOS

VIVER

DEFENDER-SE

AÇUCARES

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A GOMA RESINA DE PINUSUm Metabólito Secundário

1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E SECUNDÁRIOS

2) BIOSSÍNTESE

3) OLEORESINOSIS

4) O PARADIGMA DA RESINAGEM

5) CONCLUSÕES

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Agora vamos tentar responder as seguintes perguntas:

•Quais são os caminhos da biossíntese dos metabólitos secundários?•Quais são os caminhos da biossíntese dos terpenos e onde ocorrem?•Quais são as enzimas envolvidas nos primeiros passos da biossíntesedos terpenos?•Onde estão guardadas as fórmulas para a produção das enzimasenvolvidas na biossíntese dos terpenos?•Qual é o mecanismo que deslancha a expressão gênica para a produção das enzimas responsáveis da biossíntese dos terpenos?

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Metabólitos Primários

Metabólitos Secundários

C02 + Fotossíntese

Eritrose-4-fosfato Fosfoenolpiruvato Piruvato 3-PGA

Rota do Ácido Chiquímico Rota do Ácido Malónico Rota do Ácido Mevalónico Rota MEP

Ciclo do ácido tricarboxílico Acetil CoA

Aminoácidos alifáticos

Aminoácidos Aromáticos

CompostosNitrogenados Compostos

Fenólicos Terpenos

Taiz, L.; Fisiologia Vegetal(2004) :312

1 2

•Quais são os caminhos dabiossíntese dos metabólitos secundários?

alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 10 -

IPP DMAPP

IPP DMAPP

FPP

GPP

GGPP

Sesquiterpenos (C15)

Monoterpenos (C10)

Diterpenos (C20)

Triterpenos (C30)

Tetraterpenos(C40)

CITOPLASMACELULAR

PLASTIDOS?

2.5.1.21

5.3.3.2

5.3.3.2

2.5.1.292.5.1.102.5.1.1

2.5.1.29 2.5.1.102.5.1.1

2.5.1.29

1

2

•Quais são os caminhos da biossíntese dos terpenos e onde ocorrem?

METAB. PRIMÁRIO

METAB. PRIMÁRIO METAB. SECUNDÁRIO

METAB. SECUNDÁRIO

METAB. SECUNDÁRIO

alex

cunn

@uo

l.com

.br

-Set

embr

o 20

05

-11

-

2.5.1.1Dimethylallyltransferase

2.5.1.10Geranyltranstransferase

2.5.1.21Farnesyl-diphosphatefarnesyltransferase

http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/enzymes/ec2/ec05/ec01/index.html

2.5.1.29Farnesyltranstransferase

?5.3.3.2

Isopentenyl-diphosphatedelta-isomerase

•Quais são as enzimas envolvidas nos primeiros pasos da biossíntese dos terpenos?

alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 12 -

www.uspto.gov

Estam se patenteando as enzimas envolvidas na biossíntese dos terpenos com fins farmacêuticos.Exemplo de duas patentes de um total de 19 identificadas desde 1999 até esta data.

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•Onde estão guardadas as fórmulas para a produção das enzimas envolvidas nabiossíntese dos terpenos?

DNA

3) Transporte ao citoplasma

2) Processamento

1) Transcrição

4) Tradução

mRNA

ENZIMA

NUCLEO

CITOPLASMA

ExpressãoGênica

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•Qual é o mecanismo que deslancha a expressão gênica para a produção das enzimas responsáveis da biossíntese dos terpenos?

ATAQUE de BESOURO + FUNGOou FERIMENTO NO CAULE DO PINUS

São sinales ELICIDADORASque deslancham a EXPRESSÃO GÊNICA

para a produção das ENZIMASque biossintetizam os TERPENOS (OLEORESINA)que são armazenados nos DUCTOS RESINIFEROS.

A resposta aos ELICIDADORES e múltipla, e deslancha também a biossíntese de taninos (fitoalexinas), lignina, e produz uma resposta

geral de hipersensibilidade na área afetada (floema).

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A GOMA RESINA DE PINUSUm Metabólito Secundário

1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E SECUNDÁRIOS

2) BIOSSÍNTESE

3) OLEORESINOSIS

4) O PARADIGMA DA RESINAGEM

5) CONCLUSÕES

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BIOSSÍNTESE

METABÓLITOS PRIMÁRIOS

METABÓLITOS SECUNDÁRIOS

VIVER

DEFENDER-SE

AÇUCARES CUSTO /BENEFICIO

OLEORESINOSIS

OLEORESINA

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OLEORESINOSIS

•A OLEORESINOSIS produzida por muitas coníferas pode haver evoluido como defensa contra ataques de inseto + fungo.•A OLEORESINA é uma mistura de monoterpenos, sesquiterpenos, diterpenos e compostos neutros.•A OLEORESINA no caule do pinus é sintetizada permanentemente pelas células epiteliais que forman a parede interna dos dutos resiníferos no xilema. A OLEORESINA e armacenada com pressão positiva.•Algumas espécies de Pinus apresentam uma resposta induzida no floema (lugar da invasão) a um ataque patogênico.

Tesis: Faldt, Jenny (2000)Volatil constituents in conifers and conifer-relatedwood decaying fungi.

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Fatores ambientais sob a respostaconstitutiva e induzida em Pinus taeda.María J. Lombardero, et all.; Ecology Letters, 3(2000) : 329-339

FLUXO DE RESINA

MAIOR MENORDEFESACONSTITUTIVA

DEFESAINDUZIDA

STRESS – CRESCIMENTO LIMITADO

CRESCIMENTORÁPIDO

ARVORES DE MELHOR CRESCIMENTO

É UMA FUNÇÃO DO TAMANHO DARESERVA DE CARBOHIDRATOS

PRIORIDADE EM ALOCAÇÃO DECARBOHIDRATOS APÓS INDUÇÃO

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Mudança na produção de etileno e a concentração de monoterpenos em Pinus elliotti e Pinus taeda,após a inoculação com fungos transportados pelo besouro.

Michael P. POPP, Jon D. JOHNSON and Mark S. LESNEY; Tree Physiology 15 (1995) :807-812

etileno (pl gDW-1 min-1)

monoterpeno (mg gDW-1)

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Regulação da Oleoresinosis em Abies GrandisChristopher L. Steele, et all.; Plant Physiology 116(1998) :1497-1504

Após fazer uma ferida no caule do Abeto foi detectado o seguinte:

< 2 horas = transcrição gênica para a produção de enzimas para a biossíntese de monoterpenos.

Os monoterpenos atuam como toxinas para os insetos e seus fungos patogênicos associados.

> 3 horas = transcrição gênica para a produção de enzimas para a biossíntese de sesquiterpenos e diterpenos.

Os sesquiterpenos atuam como solventes para a mobilização dos diterpenos (ácidos resínicos) responsáveis de bloquear a ferida.

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Origem biossíntetico dos metabolítos secundários: causa de uma resposta variável das plantas lenhosas a fertilização?

Julia Koricheva, et. all.; Chemoecology 8 (1998) : 133-139

“Os terpenos nas plantas lenhosas estão armazenados em compartimentos multicelulares complexos, como ser os ductos resiníferos, a construção deles pode estar limitada pela disponibilidade de nitrogênio. Por tanto foi sugerido que a produção de terpenos geralmente pode estar limitada pelo número e tamanho dos compartimentos de armazenamento, mais que pela disponibilidade de carbono para a sintesis dos terpenoides....”

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O metil jasmonato induze cambios que copiam a defesa anatómica em diversas espécies de Pinaceas.

J. W. HUDGINS, et all.; Tree Physiology 23 (2003) :361-371

Um ferimento em P. pungens induze a formação de ductos resiníferos na interface cambio-xilema.

O tratamento com metil jasmonato em P. pungens induze o desenvolvimento de ductos resiníferos.

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Custo metobólico para a acumulação de terpenoides em plantas superiores.

JONATHAN GERSHENZON; Journal of Chemical Ecology 20 (1994) :1281-1328

Não há evidencia de uma rápida catabolização dos terpenoides nas plantas superiores.

Custo da biossíntesis para a acumulação de terpenoides:

1 g de a-pineno = 3,54 g de glucosa

Balanço de massa?

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OLEORESINOSISESTRATEGIA DE CUSTO/BENEFICIO

ANTES DO ATAQUE

DEFESA CONSTITUTIVA = CUSTO FIXO•BIOSSÍNTESE DE OLEORESINA•DUCTOS RESINÍFEROS

APÓS O ATAQUE

DEFESA INDUCIDA = CUSTO VARIAVEL•denovo BIOSSINTESE DE OLEORESINA•DUCTOS RESINÍFEROS TRAUMÁTICOS

DEFESA SISTÉMICA = REALOCAÇÃO DE CUSTO FIXOalexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 25 -

A GOMA RESINA DE PINUSUm Metabólito Secundário

1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E SECUNDÁRIOS

2) BIOSSÍNTESE

3) OLEORESINOSIS

4) O PARADIGMA DA RESINAGEM

5) CONCLUSÕES

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Paralelismo entre a ecologia vegetal e a técnica de resinagem

Inseto - Besouro(Dendroctonus spp.,Ips spp.)

Fungo associadoao inseto.(Ophiostoma spp.)

ESTRIADOR

PASTA ESTIMULANTELIBERADORA DE ETILENO

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Sistemas de Resinagem

Espinha de peixeEstria descendente (cada ~2 dias)

sem estimulação química.

AmericanoEstria ascendente (cada 12 a 20 dias)

com estimulação química.

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ENGENHARIAFLORESTAL

TÉCNICA DERESINAGEM

ECOLOGIAVEGETAL

FISIOLOGIAVEGETAL

Planta / Solo / ClimaA vida toda do pinus

Safra

Área localizadano caule do pinus

SemanasDias

Célula VegetalDias

Horas

•Manejo•Fertilização•Micronutrientes

•Ferimento Mecânico•Estimulação Química

•Ataque de besouros•Ataque de fungos

•Sinalização do etileno•Indução da formação de ductos resiníferos

Paradigma

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3) OLEORESINOSIS

4) O PARADIGMA DA RESINAGEM

5) CONCLUSÕES

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OS PINOSNÃO TEM PÉS

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