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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.11.2003.tde-30052003-143350
Documento
Autor
Nome completo
Amanda Francine Asega
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2003
Orientador
Banca examinadora
Carvalho, Maria Angela Machado de (Presidente)
Gallo, Luiz Antonio
Ribeiro, Rita de Cássia Leone Figueiredo
Título em português
Enzimas do metabolismo de frutanos em Vernonia herbacea (VELL.) Rusby.
Palavras-chave em português
carboidrato vegetal
compositae
enzima vegetal
metabolismo de carboidrato
Resumo em português
A ocorrência de frutanos em espécies de Asteraceae foi amplamente documentada para a flora da região de cerrado da Reserva Biológica e Estação Experimental de Moji Guaçu. Dentre estas espécies destaca-se Vernonia herbacea, uma planta perene que apresenta órgãos subterrâneos de reserva, denominados rizóforos, que acumulam altos teores de frutanos do tipo inulina. Seu crescimento sazonal é caracterizado pela brotação das gemas existentes nos rizóforos, na primavera, seguida de floração e crescimento vegetativo intenso no verão e dormência no inverno. O conteúdo de frutanos diminui durante a brotação e floração, pois este carboidrato parece ser utilizado para a regeneração dos ramos aéreos que ocorre nesta fase. Estudos preliminares mostraram que a FEH, responsável pela mobilização dos frutanos, apresenta atividade elevada apenas durante a brotação; a despolimerização dos frutanos nos rizóforos de V. herbacea nesta fase foi evidenciada pelo aumento de açúcar redutor, especialmente frutose. O presente estudo teve como objetivo principal a análise da atividade das enzimas envolvidas no metabolismo de frutanos e análise do conteúdo e da composição de frutanos em rizóforos de V. herbacea induzidas à brotação. A brotação foi induzida pela remoção dos ramos aéreos e as atividades das enzimas FEH , SST, FFT e INV foram determinadas a cada quatro dias durante um mês após a poda. Um aumento na atividade da FEH foi observado entre os dias 13 e 20 após a poda, o que coincidiu com o início da brotação dos novos ramos que ocorreu no 13º dia. Este resultado sugere que a despolimerização de frutanos e a brotação são processos concomitantes em V. herbacea, que ocorrem naturalmente durante o ciclo fenológico, mas que também podem ser induzidos em outras fases do ciclo fenológico pela remoção dos ramos aéreos. A FFT parece atuar junto à FEH na diminuição do tamanho das cadeias de frutanos durante a rebrota, enquanto a SST é inibida devido, possivelmente, à interrupção do fornecimento de sacarose aos rizóforos pelos órgãos aéreos. Para a caracterização e purificação parcial da FEH de rizóforos de V. herbacea foram utilizados rizóforos de plantas induzidas à brotação através da remoção dos ramos aéreos. O extrato bruto apresentou, para atividade de FEH, pH ótimo de 4,5, temperatura ótima em 30 ºC e curva sigmoidal de concentração de substrato, sugerindo tratar-se de uma enzima alostérica. Esta enzima também apresentou maior especificidade por ligações do tipo b-2,1 do que sobre ligações b-2,6, e maior afinidade por frutanos de cadeias curtas quando comparadas com frutanos de cadeias longas. Utilizando precipitação com sulfato de amônia, cromatografia de afinidade e cromatografias de troca aniônica e catiônica, quatro frações com atividade de FEH foram purificadas. Destas quatro frações, duas foram submetidas à cromatografia de exclusão molecular, sendo que os pesos moleculares estimados para uma delas foi de 21 kDa e para outra, esta medida situou-se entre 155 e 39 kDa, devido à ampla faixa de exclusão da coluna utilizada. Os pesos moleculares das outras duas frações foram estimados por SDS-PAGE, sendo que as bandas visualizadas corresponderam a 81,3 e 57,5 kDa para uma e 57,5 kDa para a outra fração.
Título em inglês
Fructan metabolizing enzymes in Vernonia herbacea (VELL.) Rusby.
Palavras-chave em inglês
carbohydrate metabolism
vegetable carbohydrate
vegetable enzyme
Resumo em inglês
The occurrence of fructans has been reported in native species of a cerrado area of Reserva Biológica e Estação Experimental de Moji Guaçu. Vernonia herbacea, one of these species, presents underground organs named rhizophores which accumulate fructans of the inulin type as reserve carbohydrate. The seasonal growth pattern exhibited by plants of V. herbacea includes sprouting of buds from the rhizophores in spring, followed by a period of flower development and vegetative growth in summer, and dormancy in winter. The fructan content decreases during sprouting and flowering due to mobilization of this carbohydrate during the regeneration of the new shoots. Preliminary studies showed that FEH, the enzyme responsible for the mobilization of fructan, shows high activity only during sprouting. Fructan mobilization was detected by the increase in the amount of reducing sugar released, namely fructose. The aim of this work was to analyze the activities of the enzymes of fructan metabolism, FEH, SST, FFT and invertase and the fructan contents in rhizophores of plants induced to sprouting by defoliation. The enzyme activities were measured every 4 th day for a month after defoliation. Sprouting of new shoots started around the 13 th day, while an increase in FEH activity was detected between 13 and 20 days after defoliation. The results suggest that fructan depolimerization and sprouting are concomitant processes in V. herbacea that occur naturally during the phenological cycle; however, these processes can also be induced by defoliation during other stages of the phenological cycle. FFT seems to act together with FEH by catalyzing the decrease in fructan chain size during shoot regrowth, while SST was inhibited, possibly, due to interruption of sucrose supply to rhizophores from the aerial organs. The characterization and partial purification of FEH were done using rhizophores from plants which were induced to sprouting by defoliation. The optimal pH and temperature for FEH activity were pH4,5 and 30ºC, respectively. The substrate concentration curve exhibited a sigmoid shape, suggesting that FEH of V. herbacea is an alosteric enzyme. Additionally, this enzyme shows more specificity to b-2,1 than to b-2,6 linked fructan and higher affinity for short chain when compared to long chain fructans. Four fractions presenting FEH activity were partially purified by a combination of ammonium sulfate precipitation, affinity chromatography, and anion and cation exchange chromatographies. Two of these were submitted to size exclusion chromatography and the apparent molecular size for one of them was 21 kDa and for the other it was estimated to be between 39 and 155 kDa, due to the wide exclusion limit of the column used. The molecular size of the next two fractions were estimated by SDS- PAGE and the visualized bands corresponded to 81.3 and 57.5 kDa for the first fraction and to 57.5 kDa for the second one.
 
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Data de Publicação
2003-07-01
 
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