Giberelinas: tipos, função, modo de ação, biossíntese - Ciência - 2023

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As giberelinas São hormônios vegetais ou fitohormônios que intervêm em diferentes processos de crescimento e desenvolvimento das plantas superiores. Na verdade, estimulam o crescimento e alongamento do caule, o desenvolvimento dos frutos e a germinação das sementes.

Sua descoberta foi feita em meados da década de 1930 por pesquisadores japoneses que estudavam o crescimento anormal das plantas de arroz. O nome giberelina vem do fungo Gibberrella funjikuroi, organismo do qual foi inicialmente extraído, agente causal da doença "Bakanae".

Apesar de mais de 112 giberelinas terem sido identificadas, muito poucas apresentam atividade fisiológica. Apenas giberelina A₃ ou ácido giberélico e giberelinas A₁, PARA₄ já₇ eles têm importância comercial.

Esses fitohormônios promovem mudanças surpreendentes no tamanho das plantas, além de induzir a divisão celular em folhas e caules. O efeito visível de sua aplicação exógena é o alongamento de caules finos, menos galhos e folhas frágeis.

Tipos

A estrutura das giberelinas é o resultado da união de isoprenóides de cinco carbonos que, juntos, formam uma molécula de quatro anéis. Sua classificação depende da atividade biológica.

Formulários livres

Corresponde às substâncias derivadas do ent-Kauren, cuja estrutura fundamental é o ent-giberelano. Eles são classificados como diterpenóides ácidos derivados do hidrocarboneto heterocíclico ent-Kaureno. Dois tipos de formas livres são conhecidos.

Inativo: tem 20 carbonos.
Ativo: Eles têm 19 carbonos, pois perderam um carbono específico. A atividade é condicionada a ter 19 carbonos e apresentar hidroxilação na posição 3.

Formas conjugadas

São aquelas giberelinas que se associam aos carboidratos, portanto não apresentam atividade biológica.

Função

A principal função das giberelinas é a indução do crescimento e alongamento das estruturas das plantas. O mecanismo fisiológico que permite o alongamento está relacionado a mudanças na concentração de cálcio endógeno em nível celular.

A aplicação de giberelinas favorece o desenvolvimento da floração e inflorescências de várias espécies, principalmente em plantas de dia longo (PDL). Associados aos fitocromos, apresentam efeito sinérgico, estimulando a diferenciação de estruturas florais, como pétalas, estames ou carpelos, durante a floração.

Por outro lado, eles causam a germinação de sementes que permanecem dormentes. Na verdade, eles ativam a mobilização de reservas, induzindo a síntese de amilases e proteases nas sementes.

Da mesma forma, favorecem o desenvolvimento dos frutos, estimulando a fixação ou transformação das flores em frutos. Além disso, promovem a partenocarpia e são usados para produzir frutos sem sementes.

Modo de ação

As giberelinas promovem a divisão e o alongamento celulares, pois as aplicações controladas aumentam o número e o tamanho das células. O modo de ação das giberelinas é regulado pela variação do conteúdo de íons cálcio nos tecidos.

Esses fitohormônios são ativados e geram respostas fisiológicas e morfológicas em concentrações muito baixas nos tecidos vegetais. No nível celular, é essencial que todos os elementos envolvidos estejam presentes e sejam viáveis para que a mudança ocorra.

O mecanismo de ação das giberelinas tem sido estudado no processo de germinação e crescimento do embrião em sementes de cevada (Hordeum vulgare) De fato, a função bioquímica e fisiológica das giberelinas tem sido verificada nas mudanças que ocorrem neste processo.

As sementes de cevada têm uma camada de células ricas em proteínas sob o episperma, chamada de camada de aleurônio. No início do processo de germinação, o embrião libera giberelinas que atuam na camada de aleurônio que gera enzimas hidrolíticas.

Nesse mecanismo, a α-amilase, responsável por quebrar o amido em açúcares, é a principal enzima sintetizada. Estudos têm mostrado que os açúcares são formados apenas quando a camada de aleurona está presente.

Portanto, a α-amilase originada na camada de aleurônio é responsável por transformar o amido de reserva em endosperma amiláceo. Dessa forma, os açúcares e aminoácidos liberados são utilizados pelo embrião de acordo com suas necessidades fisiológicas.

Presume-se que as giberelinas ativem certos genes que atuam nas moléculas de mRNA responsáveis pela síntese da α-amilase. Embora ainda não tenha sido verificado que o fitohormônio atue sobre o gene, sua presença é essencial para a síntese de RNA e formação de enzimas.

Biossíntese de giberelina

As giberelinas são compostos terpenóides derivados do anel giban composto por uma estrutura ent-giberelana tetracíclica. A biossíntese é realizada pela via do ácido mevalônico, que é a principal via metálica em eucariotos.

Essa via ocorre no citosol e no retículo endoplasmático de células de plantas, leveduras, fungos, bactérias, algas e protozoários. O resultado são estruturas de cinco carbonos chamadas pirofosfato de isopentenila e pirofosfato de dimetilalila, usadas para obter isoprenóides.

Os isoprenóides são as moléculas promotoras de várias partículas, como coenzimas, vitamina K e, entre elas, os fitohormônios. Ao nível da planta, normalmente a via metabólica termina na obtenção de GA₁₂-aldeído.

Uma vez obtido esse composto, cada espécie de planta segue processos diferentes até que a variedade de giberelinas conhecidas seja alcançada. Na verdade, cada giberelina atua de forma independente ou interage com os outros fitormônios.

Este processo ocorre exclusivamente nos tecidos meristemáticos das folhas jovens. Essas substâncias são então transferidas para o resto da planta através do floema.

Em algumas espécies, as giberelinas são sintetizadas no ápice da raiz, sendo translocadas para o caule através do floema. Da mesma forma, sementes imaturas possuem alto teor de giberelinas.

Obtenção de giberelinas naturais

A fermentação de fontes nitrogenadas e carbonatadas e sais minerais é a forma natural de se obter giberelinas comerciais. Como fonte de carbono, glicose, sacarose, farinhas e gorduras naturais são utilizadas, e sais minerais de fosfato e magnésio são aplicados.

O processo requer 5 a 7 dias para uma fermentação eficaz. São necessárias condições de agitação e aeração constantes, mantendo uma média de 28º a 32º C e níveis de pH de 3-3,5.

Com efeito, o processo de recuperação da giberelina é realizado através da dissociação da biomassa do caldo fermentado. Neste caso, o sobrenadante livre de células contém os elementos usados como reguladores de crescimento das plantas.

Em nível de laboratório, as partículas de giberelina podem ser recuperadas por meio de um processo de colunas de extração líquido-líquido. Para esta técnica, o acetato de etila é usado como solvente orgânico.

Caso contrário, resinas de troca aniônica são aplicadas ao sobrenadante, obtendo-se a precipitação das giberelinas por eluição gradiente. Finalmente, as partículas são secas e cristalizadas de acordo com o grau de pureza estabelecido.

Na área agrícola, as giberelinas são utilizadas com grau de pureza entre 50 e 70%, misturadas a um ingrediente comercialmente inerte. Em técnicas de micropropagação e cultura em vitroRecomenda-se a utilização de produtos comerciais com grau de pureza superior a 90%.

Efeitos fisiológicos

A aplicação de giberelinas em pequenas quantidades promove diversas ações fisiológicas nas plantas, entre as quais:

Indução do crescimento do tecido e alongamento da haste
Estimulação da germinação
Promoção de frutos de flores
Regulação da floração e desenvolvimento dos frutos
Transformação de plantas semestrais em anuais
Alteração da expressão sexual
Supressão de nanismo

A aplicação exógena de giberelinas atua na condição juvenil de certas estruturas vegetais. As estacas ou estacas utilizadas para a multiplicação vegetativa começam facilmente o processo de enraizamento quando se manifesta o seu carácter juvenil.

Ao contrário, se as estruturas das plantas manifestam seu caráter adulto, a formação de raízes é nula. A aplicação de giberelinas permite que a planta passe da condição juvenil à adulta, ou vice-versa.

Este mecanismo é essencial quando se deseja iniciar a floração em culturas que ainda não completaram sua fase juvenil. Experiências com espécies lenhosas, como ciprestes, pinheiros ou o teixo comum, conseguiram reduzir consideravelmente os ciclos de produção.

Aplicações comerciais

Os requisitos de horas de luz do dia ou de frio em algumas espécies podem ser supridos por aplicações específicas de giberelinas. Além disso, as giberelinas podem estimular a formação de estruturas florais e, eventualmente, determinar os atributos sexuais da planta.

No processo de frutificação, as giberelinas promovem o crescimento e o desenvolvimento dos frutos. Da mesma forma, retardam a senescência dos frutos, evitando sua deterioração na árvore ou proporcionando certo período de vida útil após a colheita.

Quando se deseja obter frutos sem sementes (Partenocarpia), aplicações específicas de giberelinas induzem esse fenômeno. Um exemplo prático é a produção de uvas sem sementes, que são mais procuradas no mercado comercial do que as espécies com sementes.

Nesse contexto, aplicações de giberelinas em sementes dormentes permitem a ativação de processos fisiológicos e emergem dessa condição. Na verdade, uma dose adequada ativa enzimas hidrolíticas que decompõem o amido em açúcar, favorecendo o desenvolvimento do embrião.

No nível biotecnológico, as giberelinas são usadas para regenerar tecidos em culturas em vitro de explantes livres de patógenos. Da mesma forma, as aplicações de giberelinas em plantas-mãe estimulam seu crescimento, facilitando a extração de ápices saudáveis em nível de laboratório.

A nível comercial, aplicações de giberelinas no cultivo da cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) permitem aumentar a produção de açúcar. Nesse sentido, esses fitormônios induzem o alongamento dos internódios onde a sacarose é produzida e armazenada, portanto, quanto maior o tamanho, maior o acúmulo de açúcar.

Referências

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