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Auxinas --> fisiología vegetal

Introducción:

Las auxinas fueron de las 1ªs hormonas vegetales descubiertas.

Las observaciones sobre los tropismos contribuyeron al descubrimiento de las hormonas vegetales:

Julis von Sachs: a finales del siglo XIX, postula la existencia de sustancias morfogenéticas

Charles Darwin: se interesa en la capacidad de movimiento que poseen las plantas y principalmente sobre el fototropismo en coleoptilos de gramíneas.

Boysen-Jansen: provoca la curvatura de un coleoptilo decapitado, tras restituir el ápice.

Análisis experimental del fototropismo en coleoptilos

Darwin

El coleoptilo cuando se ilumina lateralmente sufre una curvatura y lo que querían ver es cual era la causa de este fenómeno

En 1er lugar decapitaron el coleotilo y vieron que no se curvaba

Si ponían una caperuza opaca sobre el ápice, éste no se curvaba mientras que si la caperuza era transparente si se curvaba.

Sin embargo, si cubrían la base del coleoptilo con un cilindro opaco, éste si se curvaba.

Las conclusiones que obtuvo Darwin (en 1880) a partir de estos resultados fueron que el ápice era el responsable de la síntesis de la sustancia que provocaba la curvatura del coleoptilo y que su acción dependía de la luz y de la presencia de ése ápice.

Boysen- Jensen

Demostraron que había una sustancia que difundía o se transportaba mediante el siguiente experimento: decapitó el coleoptilo e intercaló entre el ápice y la base del coleoptilo decapitado por un lado un bloque de gelatina y por otro una lámina de mica (material usado como aislante, impermeable)

De esta manera comprobaron que cuando se colocaba la gelatina, que es una sustancia permeable, la sustancia difundía y el ápice se curvaba mientras que cuando la sustancia  que separaba ambas partes era la mica, y no se curva.

F.w. Went

Elaboró en 1928 el 1er bioensayo que permitía establecer una relación entre la cantidad de estímulo aplicado y la respuesta fisiológica observada.

Experimentos: Decapitó un coleoptilo y colocó el ápice sobre un bloque de agar. El bloque de agar absorbe por difusión. Las sustancias difusibles presentes en el coleoptilo (posteriormente se denominaron auxinas) y a partir de ahí usaba solo el bloque que contenía las sustancias del coleoptilo.

A continuación cogió el bloque de agar  y lo colocó sobre un coleoptilo decapitado:

-          Si colocaba el bloque en el centro:

Del coleoptilo decapitado lo que se observaba era un crecimiento vertical (provocaba tropismo vertical)

-          Si colocaba el bloque en la mitad del coleoptilo de manera que sólo contactara el agar con medio coleoptilo:

Curvatura hacia el lado opuesto

 

Si el bloque de agar lo colocaba en el lado de la izquierda, el coleoptilo decapitado se curva hacia la derecha y si lo colocaba en el lado derecho se curvaba hacia la izquierda, de manera que la posición del bloque de agar determina un crecimiento diferencial del tejido en un lado respecto al otro. Ésta es la base del tropismo.

Tras varios intentos, entre 1934 y 1935, dos grupos:

-          Kijgl, Haagen-Smit y Erxleben  

-          K.v. Thimann, usando extractos de cultivos del hongo Rhizopus

 

Consiguieron obtener una sustancia a la que se denominó Auxina,( del griego: hacer crecer, incrementar) y cuya estructura química, resultó ser la del ácido- indolil-3-acético, comúnmente llamado ácido-indol-acético o AIA.

 

Auxinas

La presencia de AIA endógeno en las plantas se comprobó después en 1946, al analizar el endospermo inmaduro de semillas de maíz.

19.1 Auxinas naturales

- Ácido indolil- 3- acético (AIA) distribuido ampliamente por todo el reino vegetal

- Ácido fenilacético (detectado en tallos de tomate y girasol)

- Cloroindoles (en guisante)

- Ácido indolbutírico

 

Auxinas sintéticas

Producidas a partir de las auxinas naturales

Éstas son más estables que las naturales, las cuales se degradan con gran facilidad

-          Ácidos indólicos

-          Ácidos naftalénicos

-          Ácidos clorofenoxiácidos

-          Derivados de los ácidos benzoicos

 

Antiauxinas

Efecto contrario de las auxinas

Inhibidores del crecimiento

-          Ácido p- clorofenoxi- isobutírico

 

 

19.2 Caraterísticas químicas de las auxinas

Una auxina debe poseer una estructura con una carga negativa en el carboxilo, separada por una distancia de 0.55nm (5.5 A) de otra carga residual positiva, la cual puede estar localizada sobre un anillo indólico, como el AIA, o aromático como el ácido 2,4 dicloro fenoxiacético

Para que una auxina tenga efecto, necesita tener estas dimensiones, debido a que éstas son las condiciones necesarias para ser reconocida por el receptor.

 

19.3 Factores que afectan a la actividad auxínica

1. Concentración hormonal

Las respuestas que se producen tras la

 

 aplicación de auxinas a las plantas dependen de la [hormona] así como del tipo de órgano tratado

 

La [auxina] necesaria para estimular el crecimiento es menor en raíces que en brotes laterales, y ésta es menor que en brotes apicales

  1. Por tanto, el AIA tiene distintos efectos a diferentes concentraciones y sobre un mismo órgano
  2. Afecta de forma diferente  a los distintos tejidos

 

Resultados de los experimentos de aplicación de AIA

-          Las raíces, tienen el óptimo de crecimiento a [auxina] aprox (10-8 - 10-6 g/L de auxina (aunque es variable dependiendo del tipo de raíz)

-          En los tallos, el rango es más amplio  y el óptimo estaría entre 10-3 – 10-2 g/L

De auxina

 

Si aplicamos una [auxina] de 10-4 a la raíz, lo curioso es que se observa una inhibición del crecimiento en raíz, mientras que esta [ ] estimula el crecimiento en el tallo

 

  1. Sensibilidad frente a las auxinas

-          Cada órgano presenta una sensibilidad disferente a las auxinas, ( raíces más sensibles que las yemas, y éstas más sensibles que los tallos)

-          Las raíces son más sensibles que las yemas, y éstas son más sensibles que los tallos

-          La sensibilidad de un tejido u órgano, puede variar con la edad y las condiciones ambientales

-          La sensibilidad depende de:

  1. La concentración de  receptores hormonales
  2. La efectividad de la unión receptor hormona

 

19.4 Métodos para cuantificar  Auxinas

Las hormonas vegetales se encuentran a [ ] muy bajas (10-4 – 10-5 M como mucho)

Los métodos para cuantificar son muy selectivos y muy específicos.

-          Bioensayos: tienen errores y prácticamente en la actualidad no se utilizan

Uno de los métodos más usados para cuantificar auxinas es el bioensayo de determinación de crecimiento de segmentos de coleoptilo de avena: cortar porción subapical incubar con diferentes [auxinas] y medir los incrementos de longitud

Está basado en la estimulación del crecimiento que produce la auxina cuando se incuban porciones subapicales del coleoptilo de avena.

En el esquema: se cogen coleoptilos de avena, se elimina el ápice y se cortan las porciones subapicales, se vacía la hoja verdadera y se queda el coleoptilo como una vaina transparente que cubre la hoja (se quita el ápice para eliminar la auxina endógena)

Se colocan las 3 porciones subapicales (en el mismo orden en el que estaban) en un peine

Estos peines se incuban en más cápsulas con distints [ ] de AIA, al cabo de 24 h de incubación se miden los incrementos de longitud que experimenta cada sección y se hace la media de las 3 porciones de cada aguja del peine.

Se representan estos valores frente a la [AIA]

Una vez obtenida la gráfica (curva de calibrado) podemos ver como se correlaciona el crecimiento con el nivel de auxina.

Para conocer la [ auxinas] en un extracto se incuban coleoptilos en dicho extracto y viendo el incremento de longitud, con la curva de calibrado, pordemos conocer esta [ auxinas]

 

-          Métodos físico-químicos

HPLC : cromatografía líquida de alta resolución, la cromatografía en columna consiste en separar las distintas sustancias haciéndolas pasar por una fase estacionaria

En esto se basa la HPLC: una columna rellena de una fase estacionaria que lo que hace es retener o reducir la velocidad de desplazamiento de las moléculas porque éstas interaccionan por distintos mecanismos con esta fase estacionaria.

En una HPLC la fase estacionaria está formada por partículas esféricas de 5 micrómetros. Cada partícula, para este tipo de sustancia, lleva un recubrimiento lipofílico llamado C18 (hidrocarburo de 18 carbonos equivalente a una cera)

Cuando se hace un extracto para cuantificar auxinas y este extracto se purifica, este extracto nunca se purifica al 100% sino que será una mezcla de sustancias aprox a la auxina

Como no todas las sustancias tienen la misma polaridad, éstas se van a separar al interaccionar con la fase estacionaria

Añadimos, tras la muestra, un eluyente (fase móvil)

Partículas que se solubilicen mucho en la fase estacionaria, tardarán mucho en salir, mientras que las que se solubilicen más en la fase móvil tardarán poco en salir.

Para conseguir una mayor eficacia se redujo el tamaño de la partícula para aumentar la resistencia al paso de la sustancia, por lo que para que se produjera el movimiento , hubo que aumentar la presión

En la HPLC consta de :

-          Solvente

-          Bomba de alta presión

-          Inyector donde se introduce la muestra

 

Todo se introduce en una columna que contiene la fase estacionaria

Cuando la columna ha resuelto las sustancias ( las ha separado) un detector los cuantifica e incluso los identifica generando un cromatograma

El extracto obtenido de purificar la auxina se introduce en el inyector y la bomba que está continuamente funcionando transporta el eluyente de manera que la mezcla se introduce en la columna.

Ésta resuelve las sustancias y el detector cuantifica e incluso identifica

Las distintas técnicas se basan en usar distintos detectores

 

Detectores usados para cuantificar auxinas:

Detector fluorimétrico: la molécula de auxina es fluorescente a determinada longitud de onda  (absorbancia) y emite fluorescencia a otra longitud de onda formando un ángulo de 90º

Detector electroquímico: determina los é que se emiten en el proceso de oxido-reducción, se mide el potencial oxido- reducción de la molécula y a partir de éste en el aparato se detecta la molécula midiendo los é que se emiten cuando se oxida

Detector de masas: fragmenta la molécula y determina su espectro de masas y por tanto su peso molecular.

Cromatografía de gases: Es igual que la HPLC pero en vez de eluir con un líquido, se eluye con un gas. El detector que se usa en la cromatografía de gases en la espectrometría de masas (fragmenta moléculas para detectar los iones en que se fragmentan y el Peso molecular)

Inmunoensayos: De todos ellos, el HPLC con cualquiera de los detectores es el más usado para cuantificar auxinas.

 

Metabolismo del AIA

La planta ha desarrollado 4 procedimientos para regular de forma precisa el nivel de auxina para que produzca un determinado efecto fisiológico

La auxina se sintetiza en el ápice y se transporta por difusión a la porción subapical (ápice: zona meristemática /porción subapical: zona de elongación, donde desencadena su efecto de crecimiento pero no en las otras porciones)

Los procesos son:

-          Biosíntesis

-          Transporte

-          Catabolismo

-          Conjugación

La interacción entre estos 4 procesos es la que determina el nivel de  auxina en los tejidos

A esto se le denomina Homeostasis del AIA (regulación de niveles hormonales)

 

  1. 1.     Biosíntesis de AIA

Existen 3 rutas de síntesis de AIA, en todas el aminoácido Triptófano se considera el principal precursor del AIA

-          Primera ruta: Ruta de la Indolacetal Doxima

LA descarboxilación oxidativa del Trp produce indolacetaldoxima que, por pérdida de agua, genera indolacetonitrilo

El indol 3 acetaldoxima por medio de un intermedio: el indol 3metil glucosinolato, que se transforma en indol 3 acetonitrilo, y en esta transferencia interviene un enzima : la Mirosinasa

El indol 3 acetonitrilo por acción de una nitrilasa se transforma en ácido indol 3 acético

 

-          Segunda ruta: Ruta del Ácido Indol Pirúvico

Está basada en una desaminación del Trp que produce ácido indol pirúvico que se descarboxila para dar indol-3 acetaldehido

Éste es oxidado para dar AIA

El Trp por medio del enzima Trp aminotransferasa se convierte en ácido indol 3 pirúvico,

Éste se descarboxila por la Indol3 pirúvico descarboxilasa dando indol3 acetaldehido , el cual es oxidado por la indol3 acetaldehido oxidasa para dar acido indol3 acético.

 

-          Tercera ruta: ruta de la Triptamina

Se produce la descarboxilación del Trp dando Triptamina, la cual a través de una desaminación oxidativa, produce indol 3 acetaldehido que por la indol 3 acetaldehido oxidasa da lugar a acido indol3 acético

 

  1. 2.     Conjugación del AIA (es otro proceso asociado al metabolismo de auxinas)

En la conjugación, el AIA se conserva la estructura de la hormona (la estructura básica) pero la priva de actividad biológica.

Los términos auxina ligada o auxina conjugada se utilizan para designar los compuestos formados por la unión covalente del AIA con otras moléculas

 

  1. 3.     Catabolismo del AIA

La oxidación del AIA es un proceso catalítico irreversible que implica la pérdida de la actividad biológica de la hormona

La oxidación puede ser descarboxilativa o no descarboxilativa. Las 2 rutas oxidativas son irreversibles y los productos resultantes carecen de actividad biológica.

La oxidación descarboxilativa está catalizada por AIA oxidasa, una actividad que poseen las peroxidasas vegetales. El peróxido de Hidrógeno, los monofenoles y algunos iones metálicos como Mn+2 activan la reacción mientras que los di- y polifenoles la inhiben.

 

  1. 4.     Transporte de AIA

Las auxinas se transportan en la planta:

-          Todas las hormonas vegetales pueden recorrer distancias cortas, (entre células próximas) por difusión, y llegar a los distintos órganos a través de los tejidos vasculares (xilema y floema)

-          El AIA puede ser transportadopor células no vasculares como las células del cambium y células parcialmente diferenciadas asociadas al floema, mediante un proceso diferente que se denomina Transporte Polar

Las principales características del Transporte Polar de auxinas son:

-          La dirección del transporte está polarizado, es decir, se produce desde el ápice hacia la base del tallo (transporte basípeto) y en la raíz la dirección es preferentemente acrópeta

-          El movimiento de AIA requiere Energía metabólica ya que no se produce en ausencia de oxigeno ni en presencia de inhibidores de la sínteis de ATP

-          Experimentos para la demostración del transporte polar de auxinas: trabajando con hipocotilos de distintas dicotiledóneas: que cogieron una sección de hipocotilo y en la parte superior se colocó un bloque de agar que contenía auxina radiactiva.

Cuando se aplicaba a la parte de arriba del hipocotilo y se colocaba un bloque en la parte de abajo en éste se detectaba auxina marcada y también se podía determinar la velocidad de transporte.

Sin embargo, si se le daba la vuelta al segmento de hipocotilo, al colocar un bloque con auxina en la parte superior, la parte inferior no recibía auxina marcada.

Esto demostró que el transporte polar se producía en una dirección determinada.

-          El transporte polar de auxinas lo explica la Hipótesis Quimiosmótica

Esta hipótesis presupone el movimiento de AIA de una célula a la inmediatamente inferior a lo largo de una columna de células transportadoras

La entrada de AIA a las células transportadoras se produciría por toda la superficie celular, bien mediante transportadores de entrada, bien por difusión de AIA no disociado (AIAH: con el grupo COOH sin disociar)

La difusión estaría favorecida por el gradiente de pH existente a ambos lados de la membrana plasmáticas. Este gradiente de pH sería generado por bombas protónicas (ATPasas de H+ de la membrana plasmática) que mantendrían un pH más bajo en la pared celular o apoplasto (pH= 5) que en el citoplasma o simplasto  pH= 7

La membrana plasmática, permeable al AIA no disociado (AIAH)permitiría la entradade la molécula que una vez en el interior de la célula, se disociaría en AIA- + H+ debido al mayor pH

La membrana es impermeable al anión AIA- que sólo podría salir de la célula mediante transportadores específicos (no podría salir por difusión)

La polaridad (dirección) del transporte vendría dada por la distribución asimétrica de estos transportadores de salida que estarían localizados, exclusivamente, en la base de las células transportadoras

Gracias a la distribución asimétrica de los transportadores, el transporte se encuentra polarizado

El transporte polar desempeña una importante función en el modo de acción de las auxinas , puede intervenir en procesos como el crecimiento del tallo, la dominancia apical, la diferenciación vascular o el enraizamiento de esquejes.

 

Efectos fisiológicos de las auxinas

Las auxinas están implicadas en muchos procesos del desarrollo vegetal  porque afectan a la división, crecimiento y diferenciación de las células

-          Alargamiento o elongación de las células, como el alargamiento de raíz y tallos

El desarrollo de raíces: la auxina favorece el desarrollo de la raíz en determinadas circunstancias

-          División celular del cambium, la diferenciación vascular, la formación de raíces adventicias

-          Estimulan la partenocarpia de los frutos

El desarrollo de frutos: La partenocarpia es el desarrollo del fruto sin fecundación de los óvulos.

La auxina presente junto con las semillas es esencial  para el desarrollo de ciertos frutos.

El desarrollo del fruto está determinado por el desarrollo de la semilla

Sin semilla el fruto “aborta”, no se desarrolla, pero al aplicar auxinas el fruto se puede desarrollar hasta el máximo tamaño sin semillas (se aplica por ejemplo a fresas “sin pepitas”)

-          Dominancia apical: esta dominancia apical controla el grado de desarrollo lateral

La dominancia apical se produce porque el meristemo del tallo principal sintetiza una cantidad de auxina que estimula el crecimiento del tallo principal e inhibe el crecimiento de los tallos secundarios

Mediante experimentos en los que se podaba el tallo principal, al cortar la fuente de auxina que inhibía el crecimiento de los tallos secundarios, éstos ven estimulado su desarrollo y aparecen ramas secundarias.

Por esto, cuando podamos una planta aparecen ramas secundarias

Sin embargo, si al podar añadimos auxina a la parte apical no se producen las ramas laterales

Esta inhibición del crecimiento de las ramas secundarias, se basa en una sensibilidad diferencial a las [ auxinas]: el meristemo principal está estimulado a una [auxina] que inhibe a los meristemos laterales.

-          Tropismo

El fototropismo es una curvatura hacia la luz que presentan las plantas que se manifiesta en coleoptilos

¿Por qué se produce la curvatura del coleoptilo es decir, este crecimiento diferencial?

Se produce un crecimiento diferencial de las células inducido por luz: las células de la zona iluminada experimentan muy poco crecimiento en comparación con el rápido crecimiento que experimenta las células de la zona no iluminada.

Este crecimiento diferencial se produce por un transporte lateral de la auxina de la zona iluminada hasta la zona No iluminada y esta mayor [auxina] estimula el crecimiento de esta zona.

El geotropismo es un modelo propuesto para la redistribución de la auxina durante el geotropismo

El geotropismo se produce por una redistribución desigual de la auxina en las distintas partes del tallo o de la raíz

En la raíz está la cofia y en ella se encuentran los estatolitos que son unas estructuras implicadas en el crecimiento gravitatorio de la raíz. Cuando la raíz está en forma vertical, permite una redistribución por igual de la auxina.

Cuando ponemos la raíz en posición horizontal los estatolitos presionan el Reticulo endoplasmático y esto hace, por un mecanismo no conocido totalmente, que la auxina se acumula en alta concentración en los tejidos de la raíz en la parte inferior de la raíz, mientras que en la parte superior son más bajas.

Debido a esta alta [auxinas] en la parte de abajo que en la parte de arriba, la parte superior se ve estimulado su crecimiento, mientras que en la parte inferior se ve inhibido. ( porque las raíces son muy sensibles a la auxina y crecen con poca [ ]) produciéndose una curvatura hacia el suelo.

En tallos el geotropismo se debe a un aumento de la [ auxina] en la parte inferior puesto que requieren mayores [ ] de auxina para estimular su crecimiento.

otros enlaces:

- asimilación de nitrógeno -->fisiología vegetal

- asimilación de azufre --> fisiología vegetal

- Respiración --> fisiología vegetal

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Comentarios:

  1. Escrito por anonimo
    Fecha: 2011-01-13 00:42:45

    ta toda las cosas que necesitaba se pasaron con esta informacion les sgradesco de corazon muchas gracias

  2. Escrito por Conidea
    Fecha: 2011-01-18 21:07:17

    Hola Mario muchas gracias a ti por consultar mi pagina, y me da gran satisfacción que te haya servido, porque para eso estamos los estudiantes para ayudarnos los unos a los otros, ya que los apuntes en otras paginas no están muy completos.

  3. Escrito por anonimo
    Fecha: 2011-02-12 21:27:42

    uffss..... gracias esta todo lo que necesitabas......

  4. Escrito por Conidea
    Fecha: 2011-02-13 12:36:15

    hola mary, estoy encantada de haberte ayudado ....hasta siempre y si alguna vez necesitas alguna cosa aqui estare.

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