EtilenoA senescência dos tecidos e dos órgãos vegetais, bem como outros processos de desenvolvimento,

são controlados e regulados por interações entre vários hormônios das plantas (p. ex., auxinas, giberelinas, citocinas, etileno e ácido abscísico). Os hormônios vegetais são ativos em concentrações muito baixas, sendo importantes reguladores de eventos fisiológicos em órgãos desconectados da planta.

Das cinco maiores categorias de hormônios vegetais, o etileno tem recebido a maior atenção de fisiologistas no pós-colheita. A capacidade desse agente de “dissipar” o amadurecimento de frutas climatéricas e de promover, em geral, a senescência das plantas levaram o seu nome descritivo “hormônio do amadurecimento”. O etileno também induz brotamento em tubérculos de batata, sendo ainda descrito como “hormônio de ferida”, pois o estresse por dano físico ou químico, lesões por fungos e irradiação γ estimulam a produção de etileno. A giberelina, que aumenta a produção de amilase durante a malteação de grãos e aumenta o tamanho das uvas de mesa, é outro hormônio vegetal usado comercialmente em alimentos de origem vegetal.

Auxinas, giberelinas e citocinas são consideradas como retardantes da senescência, enquanto o etileno e o ácido abscísico são associados à promoção da senescência.

O etileno é um hidrocarboneto gasoso simples (C2H4), sendo produzido essencialmente em todas as partes da planta durante seu desenvolvimento. Essas duas características diferenciam o etileno de outros hormônios vegetais “clássicos”, os quais são sintetizados em tecidos ou órgãos específicos e transportados a outros locais da planta para exercerem seus efeitos. Embora ocorra o metabolismo do etileno para a formação de etileno glicol e óxido de etileno, sua concentração na planta é regulada quase que exclusivamente por suas taxas de síntese e difusão.

O etileno é um composto ubíquo, sendo produzido de forma natural nas plantas, microrganismos do solo, microrganismos fitopatogênicos, gás natural e vegetação em chamas; as fontes de etileno produzidas pelo homem incluem combustão de carvão e óleo, queima de refugo, máquinas de combustão interna, fumaça de cigarro, lâmpadas fluorescentes e material de borracha exposto a calor ou radiação ultravioleta (UV). O etileno é inflamável quando exposto entre 3,1 e 32% em volume.

Biossíntese de etileno O etileno necessita ser biossintetisado ou fornecido por fontes externas para que exerça seus efeitos.

O etileno é produzido em todas as plantas superiores a partir da metionina, sendo derivado dos carbonos 3 e 4 deste aminoácido. A metionina é convertida em etileno pela via de biossíntese que compreende dois passos com reações enzimáticas. Na primeira reação, o S-adenosil-metionina (SAM) é convertido em ácido 1-carboxílico-1-aminociclopropano (ACC) pela ação da enzima ACC sintetase (ACCS). O ACC é então metabolizado pela enzima ACCoxidase (ACCO), por uma reação de oxidação que necessita de O2

e ferro, e que é ativada pelo CO2 para produzir etileno. Outra importante reação é o chamado ciclo de Yang, que recupera o enxofre (grupo CH3-S) e ressintetiza o SAM. Em alguns casos, o etileno regula sua própria produção, induzindo a uma nova síntese de ACCS e ACCO. O ACC, precursor imediato do etileno, pode ser convertido ainda em malonil-ACC sob a ação da enzima N- maloniltransferase (NMT) e então transportado nessa forma para os vacúolos.

A síntese do etileno requer oxigênio, o que explica o grande efeito benéfico da tecnologia de redução de oxigênio por AM e AC sobre a inibição do amadurecimento de frutas. Aplicações de ACC em

frutos imaturos aumenta levemente o teor de etileno, mostrando a importância da ACC oxidase na maturação de frutos.

Ação do etileno A despeito da diversidade dos efeitos do etileno no desenvolvimento vegetal, o passo inicial da ação

do etileno é igual para todos os casos: Todos eles envolvem ligação com um receptor, seguido da ativação de uma ou mais vias de transdução de sinal que levam à resposta celular.

Um dos efeitos primários do etileno é alterar a expressão de vários genes de fatores de transcrição. Desta forma, aumenta a transcrição de vários mRNAs, dentre eles, para a celulase, β ββ β-1,3-glucanase, peroxidase, síntase do calcone (enzima chave da biossíntese dos flavonóides) e enzimas relacionadas com o amadurecimento de frutos.

O etileno liga-se reversivelmente a receptores específicos (ETR1&2, ERS1&2 e EIN4) da membrana plasmática, que são proteínas transmembrana (histidina quinases com cofator cobre). A ligação do etileno a esses receptores é reversível, logo, requer excesso de moléculas de etileno para saturar a resposta. Os receptores de etileno são reguladores negativos da ação desse hidrocarboneto gasoso simples. Ou seja, eles agem prevenindo respostas constitutivas do etileno na ausência deste; a união do etileno “desreprime” as vias de resposta. A união do etileno ao receptor desativa a proteína

reguladora da resposta (CTR1, uma proteinoquinase). A CTR1 costuma ser um regulador negativo de respostas do etileno via regulação negativa de uma proteína transportadora de membrana (EIN2). A inativação de CTR1 aparentemente inicia uma sequência de fosforilação de proteínas, ativando EIN2. A proteína EIN2 ativada inicia a sequência de transcrição por duas famílias de fatores de transcrição (EIN3/EIL → ERF1), que ligam-se a promotores específicos no núcleo a fim de iniciar a expressão de genes que conduzem as respostas fisiológicas do etileno.

O receptor de etileno chamado ETR1 é um dímero de duas proteínas de membrana integrais com atividade histidina quinase e habilidade autofosforilante. A ligação do etileno ao seu receptor induz autofosforilação no resíduo de histidina e depois transfere o fosfato para resíduos de aspartato. O receptor é ativado e inicia uma cascata de sinalizações para outras proteínas efetoras (MAP quinase tipo cascata, com um destino final ao nível do DNA).

A ligação do etileno ao receptor dá como resultado a inativação de um regulador negativo CTR 1 (que estava inibindo a proteína transmembrana EIN 2) na atividade da proteína cobra EIN 2, funcionando como um canal iônico (provavelmente de íons Ca2+), o que resulta na ativação subseqüente do fator de transcrição EIN 3, que atua no nível genômico através da indução de expressão gênica de proteínas efetoras.

Em níveis críticos, o etileno proporciona trocas associadas ao metabolismo, ocasionando um aumento na taxa de respiração. Os sinais para essas respostas são intermediados por proteínas receptoras de etileno, localizadas na membrana celular. Em geral, muitos efeitos do etileno são acompanhados de aumento na síntese de enzimas (aumento nos níveis de mRNA). O tipo de enzima afetada depende do tecido alvo. Por exemplo, as celulases são aumentadas quando o etileno estimula a abscisão foliar. Em células injuriadas é a síntese de fenilalanina amônia liase (PAL) que é aumentada. Esta enzima é importante para a formação de compostos fenólicos, provavelmente envolvidos na cicatrização de ferimentos.

Evitando os efeitos do etileno Todos os produtos vegetais respiram, sendo esse processo regulado pela ação catalítica de enzimas

sensíveis à temperatura. A magnitude do aumento na respiração é diretamente dependente da concentração de etileno, pois este estimula a atividade respiratória que vem a ser um processo oxidativo. Através da ação direta do etileno, ocorre uma elevação no fluxo glicolítico, bem como um incremento na atividade da fosfofrutoquinase e piruvato quinase. Portanto, o controle da respiração está diretamente relacionado à presença desse fitohormônio no tecido vegetal, podendo o processo ser influenciado pela aplicação de inibidores da biossíntese ou ação desse fitohormônio.

O procedimento mais prático para evitar os efeitos do etileno quando se manipulam frutas e hortaliças é a exclusão dele do ambiente pós-colheita, a qual pode ser realizada por uso de empilhadeiras elétricas, remoção de material vegetal amadurecido e podre e evitando-se a mistura de produtos que produzem esse hidrocarboneto com os que são sensíveis a ele. Como alternativa, o etileno pode ser removido do ambiente por ventilação ou por “depuradores” de etileno. O depurador químico de etileno mais comum é o permanganato de potássio (KMnO4 alcalino ou pastilhas inertes), que oxida o etileno, enquanto o carvão ativo e brominado o absorve e o oxida. Ozônio ou luz UV usada para produção de ozônio (O2 + UV → O3), também são usados para oxidá-lo:

C2H4 + [O] → CO2 + H2ONesse sistema, a luz UV a 185 nm produz ozônio, que oxida o etileno, enquanto UV a 254 nm

destrói o ozônio remanescente, o qual é prejudicial aos tecidos vegetais em concentrações muito baixas. Existem sistemas que oxidam cataliticamente o etileno, usando platina ou catalisadores óxidos, mas o calor (200-300°C) e a catálise em menor temperatura (≈100°C) com TiO2 + UV também são disponíveis. Os sistemas de armazenamento em baixas pressões (armazenamento hipobárico) facilitam a remoção de etileno de tecidos de frutas e hortaliças pelo aumento do gradiente de difusão.

Os compostos que competem com o etileno pela ligação aos receptores de etileno e, portanto, inibem as respostas ao etileno por frutas e hortaliças, têm sido de grande interesse teórico e prático entre os fisiologistas de plantas. O íon de prata é um potente inibidor da ação do etileno, ligando-se irreversivelmente e bloqueando o receptor de etileno. O complexo tiossulfato de prata costuma ser usado para prevenir danos em flores cortadas e plantas ornamentais, mas não pode ser usado em alimentos. Outros inibidores da ação do etileno incluem dióxido de carbono, norbornadieno e 1-metilciclopropeno (1-MCP), que são compostos gasosos que, como a prata, inibem a ação do etileno. Os efeitos inibitórios de cada um desses compostos desaparecem dentro de poucos dias a duas semanas, dependendo do composto, da dose usada no tratamento, da temperatura de armazenamento, etc. Apesar da dissociação dos inibidores do receptor, a perda de inibição tem sido associada à síntese de novas proteínas receptoras.

Logo, a reciclagem de receptores é, provavelmente, um componente importante das mudanças de sensibilidade a hormônios, observadas durante o desenvolvimento das plantas.

• Inibidores da síntese: Bloqueia a conversão de S-adenosilmetionina para ACC: Aminoetoxivinil glicina (AVG); Ácido aminooxiacético (AOA); Bloqueia a conversão de ACC para etileno: Cobalto (Co2+); Anaerobiose. (O2 é necessário para conversão de ACC em etileno).

• Inibidores da ação:Íons prata (Ag+), na forma de nitrato e tiossulfato de prata; CO2 a 5-10%; compete pelo mesmo sítio de ligação no receptor com o etileno; Metilciclopropeno, MCP (irreversível); Transcicloocteno (reversível).

• Adsorvente de etileno: Permanganato de potássio (usado na conservação de frutos e flores)

Etileno e amadurecimento de frutasAntes do amadurecimento, ocorre um aumento natural na produção de etileno, que catalisa o

climatério respiratório, dando o suporte energético para as rápidas transformações na aparência, flavor e textura características dos frutos prontos para serem consumidos.

As quantidades de etileno produzidas por diferentes frutas variam muito. As frutas climatéricas produzem grandes quantidades, coincidindo com seu amadurecimento, mas as não climatéricas produzem pouco etileno durante o seu desenvolvimento e seu amadurecimento. A produção desse hidrocarboneto pelo amadurecimento das frutas climatéricas está fortemente associado (pode, no entanto, ocorrer antes ou depois) ao aumento climatérico da respiração. O amadurecimento de frutas nem sempre é acompanhado pelo aumento definido do etileno para níveis-limite. Isso talvez esteja relacionado a mudanças variáveis de sensibilidade do tecido ao etileno entre diferentes espécies de frutas, já que a eficácia do etileno exógeno em estimular eventos como o amadurecimento pode depender da receptividade do tecido. Por exemplo, a concentração de etileno necessária para se iniciar o amadurecimento das frutas diminui conforme elas se aproximam de seu crescimento final. Do mesmo modo, as frutas nas plantas podem apresentar menor sensibilidade ao etileno que as frutas colhidas. Além disso, alguns cultivos de pêra são sensíveis apenas depois de a fruta colhida ser armazenada a baixas temperaturas (sem congelamento). Essas observações Têm sido usadas para dar suporte à idéia de que os “fatores de juventude” insensibilizam a fruta ao etileno, podendo, por outro lado, controlar eventos fisiológicos em frutas e hortaliças imaturas. O desenvolvimento de plantas transgênicas que não sintetizam o etileno mostrou inequivocadamente que ele funciona mais como desencadeador do que como um subproduto de amadurecimento de frutas climatéricas. O etileno é bastante usado para o amadurecimento comercial de abacates, bananas e tomates climatéricos, bem como para eliminar o “verde” de toranjas e laranjas não climatéricas. O tratamento com etileno promove um amadurecimento mais rápido e uniforme em frutas climatéricas, o que pode significar tempo reduzido entre a colheita e o consumo, implicando, ainda, qualidade e valor nutricional otimizados para o consumidor.

De acordo com a sensibilidade ao etileno, durante a maturação os vegetais podem ser considerados climatéricos e não-climatéricos. Nos climatéricos, após colhidos ocorre um aumento significativo na taxa respiratória e na produção de etileno, o qual tem capacidade de desencadear o processo de amadurecimento do produto imaturo. Já nos não-climatéricos o etileno pode ser utilizado para promover a pigmentação da epiderme. Este tipo de fruto não amadurece após colheita. O período climatérico é acompanhado do aumento dos níveis de etileno.

Há dois sistemas de produção de etileno: o sistema pré-climatérico e o climatérico. O primeiro ocorre em todos os frutos, mas é caracterizado por apresentar pouca atividade da ACC sintase e uma baixa produção de etileno. Já o segundo sistema (climatérico) é comum apenas aos frutos climatéricos, apresentando alta atividade da ACC sintase e como consequência, alta produção de etileno.

O termo amadurecimento de frutos refere-se às mudanças no fruto que o tornam pronto para o consumo. Estas mudanças incluem o amolecimento do fruto devido à quebra enzimática das paredes celulares, à hidrólise do amido, ao acúmulo de açucares e ao desaparecimento de ácidos orgânicos e de compostos fenólicos, incluindo os taninos.

As respostas dos frutos ao etileno podem ser desejáveis, como a produção de substâncias voláteis, desverdeamento, promove desenvolvimento da cor (degradação da clorofila) e a redução da adstringência e indesejáveis, como aumento da atividade de enzimas degradadoras da parede celular, conversão do amido em açúcares, amarelecimento da epiderme, entre outras. Ao mesmo tempo há um aumento de pectinas solúveis, e portanto, a redução da dureza da polpa, despolimerização de polissacarídeos, perda de ácidos, taninos e fenóis, acumulação de metabólitos de estres (isocumarina na cenoura, que provoca amargor; terpenos em batata, pisantina em ervilha). Promove a maturação do fruto pelo aumento dos níveis de enzimas hidrolíticas que amaciam o tecido, produzindo a hidrólise de produtos, aumento da taxa de respiração e pigmentação da fruta.

O etileno aumenta a expressão gênica de enzimas do amadurecimento, como clorofilase, celulase, poligalacturonase (PG - despolimenrização das pectinas), pectinametilesterase (PME - desmetila a cadeia de ácido galacturônico da pectina), fenilalanina amônio-liase (PAL), ACC sintase, piruvato dehidrogenase.

Geralmente, a taxa de produção de etileno aumenta com a maturação, as injúrias físicas, a incidência de doenças, o aumento da temperatura acima de 30°C e o estresse híbrico. As injúrias mecânicas, como cortes, abrasões, amassamentos e ferimentos, podem causar estresse no fruto. Com isso pode haver um aumento da produção de etileno ou descompartimentação celular e ambos os processos ocasionam o aumento da respiração, aumentando assim a velocidade de deterioração e, portanto, redução da vida pós-colheita.

Senescência x Resposta hormonal

Etileno e outros processos fisiológicos pós-colheita O etileno acelera o amadurecimento e o amolecimento de frutas, além de acelerar a senescência e a

perda de cor verde de vegetais folhosos e algumas frutas imaturas (p. ex., pepinos, abobrinha). Ele causa a degradação da clorofila por estímulo da expressão do gene da clorofilase, embora nenhum deles seja requisito universal para que a degradação da clorofila ocorra. A atmosfera controlada ajuda a reter a cor verde dos vegetais, mais provável por meio da inibição competitiva da ação do etileno pela elevada concentração de dióxido de carbono e inibição do metabolismo geral e, especificamente, da síntese do etileno pela concentração reduzida de oxigênio. Existem poucas evidências de que o etileno afete de maneira direta outros pigmentos além da clorofila.

O etileno ainda estimula abscisão de folhas em alguns vegetais (p. ex., couve-flor, repolho), formação de isocumarinas de sabor amargo em cenouras, lignificação em espécies de Brassica e aspargos, produção de fitoalexinas em culturas enfermas, produção de metabólitos de estresse em batatas-doces e batatas comuns, aparecimento de núcleo endurecido em batatas-doces. Ele também reduz a incidência de dano por frio em melões almiscarados e outros produtos, se aplicado antes do armazenamento em baixas temperaturas, por adiantar o amadurecimento ou a senescência, o que reduz a sensibilidade ao resfriamento. Em repolhos, o etileno acelera perdas de massa e açúcares e promove alterações nos ácidos orgânicos.

Métodos de tratamento com etileno Os métodos disponíveis para tratamento de frutas com etileno são a adição de etileno em câmara

(azetil, etil-5), adição de geradores de etileno (Alax, Frutalax), liberadores de etileno (ethephon – ácido 2-cloroetilfosfônico).

O ethephon é convertido em etileno após ser absorvido pelas células e a resposta dos frutos ao tratamento depende da sensibilidade do tecido, concentração utilizada, composição da atmosfera, tempo de exposição, temperatura e sensibilidade da espécie/cultivar.