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Type: TESE
Title: Purificação da enzima polifenoloxidase do cafeeiro, sua relação com resistencia a pragas e o controle da sintese de seu principal substrato, o acido clorogenico
Title Alternative: Coffee polyphenoloxidase purification, its relation with plague resistance and synthesis control of its maim substrate, chlorogenic acid
Author: Melo, Geraldo Aclecio
Advisor: Mazzafera, Paulo, 1961-
Abstract: Resumo: Polifenoloxidase - PFO (EC 1.14.18.1 ou EC 1.10.3.2) é uma enzima de ampla distribuição entre as plantas e catalisa a hidroxilação de monofenóis a o-difenóis e a oxidação destes para o-diquinonas. Sua função em plantas tem sido relacionada a mecanismos de defesa contra patógenos e pragas. Em cafeeiro, o ácido 5-cafeoilquínico, também conhecido como ácido clorogênico (CGA) é o principal substrato da PFO e ambos, enzima e substrato, estão presentes em quantidades expressivas nos frutos e nas folhas desta planta. O CGA também está relacionado com mecanismos de defesas das plantas e como tal é considerando importante substrato em reações de oxidação, principalmente aquelas mediadas pela PFO. No presente estudo, com objetivo de conhecer características da PFO de folhas do cafeeiro, de averiguar sua ação em mecanismos de defesa nessa planta e de entender fatores ligados à síntese e ao acúmulo de seu principal substrato foram feitas a purificação e caracterização dessa enzima, estudos da expressão de sua atividade, bem como estudos de expressão de enzimas da via de síntese do CGA em cafeeiro. Com o uso de técnicas de precipitação com sulfato de amônio, cromatografias de troca iônica, interação hidrofóbica e exclusão molecular foi possível obter a PFO com alto grau de pureza. A enzima apresentou massa molecular de 40,5 Kda e preferência pelo ácido 5-cafeoilquínico como substrato. Seqüências de peptídeos obtidas após digestão da proteína e análise por espectrometria de massas mostraram-se homólogas a seqüências de PFO de várias outras plantas. O nível constitutivo de atividade da PFO observado para quinze genótipos de café variou de 3,8 a 88,0 unidades de atividade/mg de proteína, entretanto não teve relação direta com resistência a pragas e doenças nessa planta. A resistência ao bicho mineiro foi significativamente relacionada ao nível de compostos fenólicos, entretanto, ácido 5-cafeoilquínico, o principal substrato da PFO em café, não teve relação com essa resistência, sugerindo a importância de outros compostos fenólicos como substratos da PFO. Dano mecânico, tratamento com ácido metiljasmônico, inoculação com esporos do fungo Hemileia vastatrix e a infestação com ovos do inseto Perileucoptera coffeella levaram a respostas variadas nos níveis de atividade de PFO nos genótipos avaliados. Baseando-se nesses resultados, conclui-se que a ação da PFO na resistência do cafeeiro a pragas e doenças pode estar relacionada ao potencial oxidativo do tecido e não simplesmente uma maior atividade; que o tipo e quantidade de substrato encontrado no tecido podem ser importantes na resistência do cafeeiro e que entre os genótipos pode existir a especialização de mecanismos de resistência envolvendo a ação da PFO. Estudos de expressão por RT-PCR de fenilalanina amônia-liase (PAL), cinamato 4-hiroxilase (C4H), coumarato 3-hidroxilase (C3H), hidroxicinamoil-CoA ligase (4CL) e hidroxicinamoil-CoA:D-quinato hidroxicinamoil transferase (CQT), enzimas da via de síntese do CGA, tiveram sua expressão reduzida à medida que o tecido envelhece. No endosperma foi observado um decréscimo acentuado de expressão no final da maturação dos frutos. Plântulas estioladas obtidas pela germinação de sementes no escuro e transferidas para luz mostraram aumentos significativos no conteúdo de CGA após 24 horas. Esses aumentos foram transientes e coincidiram com a expressão da PAL, C4H, C3H, 4CL e CQT. Os resultados indicam existência de controle da síntese de CGA e a existência de mecanismos de controle da expressão em comum para as cinco enzimas estudadas

Abstract: Polyphenoloxidase - PPO (EC 1.14.18.1 ou EC 1.10.3.2) is an enzyme with broad distribution among plants and catalyzes the hydroxylation of monophenols to o-diphenols and the oxidation of these to o-diquinones. Its function on plants has been related to defense mechanisms against pathogens and plagues. 5-Caffeoylquinic acid, also known as chlorogenic acid (CGA), is the main PPO substrate in coffee tissues and both, enzyme and substrate are present on substantial quantities in fruits and leaves. CGA is also referred to having connection with plants defense mechanisms and it is also an important substrate on oxidation reactions, mainly those mediated by PPO. Therefore, in order to increase our knowledge on the coffee PPO characteristics, to verify its role in defense mechanisms and also to understand the factors connected to the synthesis of CGA, coffee leaf PPO was purified and characterized regarding kinetic parameters and its activity in leaves of several coffee species exposed or not to pest (leaf miner) and disease (leaf rust). Also studies on the expression of the enzymes of CGA synthesis were carried out. By using ammonium sulfate precipitation followed by chromatographic steps on ionic exchange, hydrophobic interaction and molecular exclusion resins it was possible to purify PPO to homogeneity. The enzyme presented a molecular mass of 40,5 Kda and used 5-cafeoylquinic acid as the preferred substrate. Peptide sequences obtained after digestion of the purified PPO and analysis through mass spectrometry were homologous to PPO sequences of several other plants. The constitutive level of PPO activity observed for 15 coffee genotypes varied from 3,8 to 88,0 units of activity/mg of protein, but did not have a direct relationship with resistance to plagues in this plant. Resistance to leaf miner was significantly related to the level of phenolic compounds. However, 5-caffeoylquínic acid, the main substrate of PPO on coffee, was not related with resistance, suggesting the importance of other phenolic compounds as PPO substrates. Mechanical damage, treatment with methyljasmonic acid, inoculation with spores from Hemileia vastatrix and the infestation with the insect Perileucoptera coffeella led to varied results of the PPO activity in the evaluated genotypes. Based on these results, we conclude that the PPO role in the coffee resistance to plagues and diseases might be related to the oxidative potential of the tissue and not only on the PPO activity; that the kind and quantity of PPO substrate found in the tissue might be important for the resistance of the coffee tree and that there may be specific mechanisms of resistance involving PPO action among the genotypes. RT-PCR studies of the expression of phenylalanine ammonia-lyase (PAL), cinnamate 4-hyroxylase (C4H), coumarate 3-hydroxylase (C3H), hydroxycinnamoyl-CoA ligase (4CL) and hydroxycinnamoyl-CoA:D-quinate hydroxycinnamoyl transferase (CQT), which code for enzymes of the CGA biosynthetic pathway, showed that the expression of these enzymes decrease with tissue aging. In the endosperm, an evident decrease on the expression was observed in the end of the fruit ripening. Etiolated seedlings obtained by germination of coffee seeds in the dark and transferred into light showed significant increasing on the CGA content after 24 hours. The increase was transient and followed the expression pattern of PAL, C4H, C3H, 4CL and CQT. The results indicate that CGA biosynthesis is coordinately regulated by the expression of the five enzymes
Subject: Cafe - Doenças e pragas
Plantas - Resistência
Polifenoloxidase
Acido clorogênico
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2005
Appears in Collections:IB - Dissertação e Tese

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