O amido é um polissacarídeo utilizado pelos vegetais como reserva energética. Podemos encontrá-lo em raízes, tubérculos e sementes. Sua síntese é consequência do excesso de glicose da fotossíntese.
A glicose é o monossacarídeo mais utilizado como fonte de energia pelos seres vivos. Ela é fabricada pelos vegetais por meio da fotossíntese e também é armazenada em forma de glicogênio pelos animais. Os alimentos ricos em glicose são chamados de energéticos e, com exceção do mel, todos são de origem vegetal, como arroz, trigo, aveia, batata, mandioca, cenoura, beterraba, feijão, ervilha, soja, frutas, entre tantos outros.
Podemos observar a presença de glicose em alguns alimentos com a ajuda de glicofitas, que podem ser encontradas em farmácias e drogarias.
O amido, um polissacarídeo, pode ser identificado a partir de uma solução de tintura de iodo. Essa solução pode ser obtida misturando a tintura de iodo em água até que se obtenha uma solução de cor alaranjada.
Você pode colocar farinha de amido de milho, ou farinha de trigo, dissolvida em um pouco de água, e em seguida colocar algumas gotas da solução de tintura de iodo. O iodo reagirá com o amido, ficando violeta ou azul-escuro.
Você pode fazer isso com diversos tipos de alimentos, e pedir para que os alunos verifiquem a presença ou não de glicose e amido nos alimentos.
Se a escola dispuser de microscópio, você pode colocar farelos de farinha de trigo, ou até mesmo raspar a parte interna da batata, do milho ou da banana, e colocá-los no microscópio para que os alunos observem os diferentes tipos de grãos de amido que existem. Para fazer as lâminas a serem observadas, basta que se coloque o material na lâmina com uma gota de água e em seguida coloque a lamínula por cima.
Após os experimentos você pode pedir aos alunos que caracterizem quimicamente o amido, e expliquem qual a importância do amido e da glicose para os seres vivos.
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Leia o resumo “Quais as principais características dos sais e dos carboidratos?” e resolva os exercícios abaixo.
1. (Vunesp) Os açúcares complexos resultantes da união de muitos monossacarídeos são denominados polissacarídeos.
a) Cite dois polissacarídeos de reserva energética, sendo um de origem animal e
outro de origem vegetal.
b) Indique um órgão animal e um órgão vegetal nos quais cada um desses açúcares pode ser encontrado.
2. (PUC-RJ) Para a realização de alguns processos fisiológicos, o organismo humano tem a necessidade de íons de cálcio. Dentre os mecanismos que dependem diretamente desses íons para a sua realização, temos:
a) excreção de toxinas e atividade da tireoide
b) digestão de alimentos básicos e respiração
c) coagulação do sangue e contração
muscular
d) atividade neurológica e oferta de O2 às células
e) crescimento dos ossos e atividade da hipófise
Gabarito
1. a) O polissacarídeo de origem animal é o glicogênio. Ele é formado através do processo chamado glicogenogênese, com a junção de diversas moléculas de glicose (monossacarídeos). A reserva energética vegetal é o amido.
b) As moléculas de glicogênio podem se armazenadas nos músculos ou no fígado. Já o amido concentra-se no interior do caule e principalmente em raízes, tubérculos e sementes.
2. C.
Resolução passo-a-passo:
A atividade da tireoide está ligada a sua produção de hormônios, que possuem iodo e não cálcio. Sendo assim, a opção A está incorreta. A digestão de alimentos é feita por enzimas e estas possuem o enxofre. O cloro do ácido clorídrico também participa do processo de digestão, acidificando a cavidade estomacal. A respiração celular também possui em suas coenzimas o enxofre e forma moléculas conhecidas como ATP, que possuem fósforo. Por conta disso, a opção B está errada. O cálcio participa da coagulação sanguínea, da contração muscular e da formação óssea. Por isso, a opção C está correta. O controle neurológico é controlado pelos íons sódio e potássio. Já a oferta de oxigênio se dá pela presença de ferro na hemoglobina. Isso faz a opção D estar errada. Apesar do crescimento dos ossos se dever ao cálcio, as atividades da hipófise não dependem deste sal mineral. Sendo assim, a opção E também está errada.
Tipos de substâncias de reserva
A maior parte da literatura sobre compostos de reserva de sementes se relaciona a grupos extremamente restritos de espécies vegetais de importância agronômica, tais como milho, trigo, arroz, feijão e ervilha. Sementes de hortaliças tais como o tomate e o alface, têm sido extensivamente estudadas, quanto a fisiologia de sua germinação e desenvolvimento, pois o conhecimento dos mecanismos de acumulo e mobilização de reservas são fundamentais para a obtenção de plantas mais vigorosas.
Com o desenvolvimento da biotecnologia, o interesse na composição química das reservas das sementes tem aumentado. Tal interesse se da não por seu teor nutritivo, mas por apresentarem propriedades fisico-quimicas especiais, formando soluções altamente viscosas, sendo, por isso, úteis como aditivos na confecção de alimentos industrializados.
Para o meio ambiente tornou-se relevante conhecer aspectos da composição química e da fisiologia das sementes de espécies nativas das florestas brasileiras, para obter informações que podem auxiliar na produção de mudas de alta qualidade, que podem ser destinadas para diversos fins, como para a recuperação de áreas degradadas ou de preservação permanente. Por outro lado, tem sido crescente o interesse por mudas de espécies nativas de interesse medicinal ou ornamental.
As reservas das sementes têm basicamente duas funções que se relacionam com a manutenção do embrião e com o seu desenvolvimento ate a formação de uma plântula que apresente a capacidade de se manter de forma autotrófica. Em geral, os compostos acumulados nas sementes podem servir a dois fins, pois os compostos de carbono acumulados em sementes (carboidratos, lipídeos e proteínas) podem ser utilizados tanto para produzir energia como para construir fisicamente as células (compostos estruturais). Na tabela 1 podem ser observados os principais compostos de reserva de sementes e sua distribuição por função.
TABELA 1 Principais compostos de reserva e suas funções nas sementes.
Compostos de reserva | Função principal como reserva | Fase de utilização | Funções secundárias | Outras características |
Sacarose e série rafinósica | Fonte de C | Germinação | Manutenção da integridade de membranas | Reserva de uso rápido para produção de energia |
Amido | Fonte de C | Desenvolvimento de plântula | – | Alto empacotamento e menor solubilidade |
Polissacarídeos de parede celular | Fonte de C | Desenvolvimento da plântula | Controle da embebição e propriedades mecânicas de cotilédones | Alto empacotamento e maior solubilidade |
Lipídeos | Fonte de C | Germinação e desenvolvimento da plântula | – | Insolúvel em água, mas produz mais energia por molécula. |
Proteínas | Fonte de C e N | Germinação e desenvolvimento da plântula | – | Alto empacotamento, já possui aminoácidos que podem ser transportados diretamente |
Fitina | Fonte de minerais | Germinação e desenvolvimento da plântula | – | Reserva essencial empacotada |
* Fonte Buckeridge et al. (2004)
Há enorme variação na composição de sementes, entre espécies, mesmo dentro da própria família (Marcos Filho, 2005; Bewley & Black, 1994), mas as substâncias armazenadas em grande quantidade constituem os carboidratos, lipídeos e as proteínas. Os dois primeiros servem como fonte de energia e carbono para a germinação das sementes e o desenvolvimento das plântulas, enquanto as proteínas têm como armazenar principalmente nitrogénio e enxofre, essenciais para a síntese de proteínas, acidos nucléicos e compostos secundários na plântula em crescimento.
É necessário lembrar que as plântulas, para crescerem, precisam de macro e micronutrientes e, portanto, as sementes devem carregar reservas para o uso no início do desenvolvimento. Há um importante composto de reserva chamado fitina (mio-inositol hexafosfato) que incrustra os corpos proteicos das sementes e serve para armazenar íons (fósforo, cálcio, magnésio, etc.). Os íons desempenham importantes funções o metabolismo, e o eixo embrionário precisa de uma fonte até que a raiz esteja desenvolvida suficiente para extraí-los do substrato.
O primeiro processo de desenvolvimento a ocorrer no final da germinação é a protrusão da radícula, que é razoavelmente desenvolvida e tem a capacidade de iniciar rapidamente a absorção de nutrientes. Porém, apesar de várias sementes já apresentarem plúmulas (folha em estágio inicial de crescimento), necessitam de um tempo maior para atingirem a autotrofia. Talvez este seja o principal motivo pelo qual as reservas encontradas em maior proporção nas sementes sejam aquelas relacionadas com a capacidade de suprir o carbono e a energia para o desenvolvimento inicial da plântula.
CARBOIDRATOS
Os principais compostos derivados de carboidratos que atuam como reserva em sementes são a sacarose, os oligossacarídeos da série rafinósica, o amido e os polissacarídeos de parede celular.
SACAROSE
A sacarose é um oligossacarídeo formado pela união entre dois monossacarídeos, a frutose e a glicose, através da ligação glicosídica (Figura 1). Está presente em praticamente todas as especies vegetais, perfazendo cerca de 2 a 5% do peso seco das sementes quiescentes.
Figura 1 Estrutura da sacarose. Fonte: Corrêa et al. (2009).
Devido à sua natureza não redutora, esse açúcar pode ser translocado e armazenado nos vacúolos celulares, não sendo metabolizado até ser necessário. É uma molécula altamente solúvel e quimicamente inerte quando em contato com proteínas, pois não forma ligações covalentes com grupos amino livres. É também a molécula que retém a maior energia livre de hidrólise conhecida para uma ligação glicosídica (Souza et al., 2005).
A sacarose é o principal composto de transporte na semente em desenvolvimento e pode ser acumulada em quantidades apreciáveis ao final do processo. Em sementes ortodoxas, o período de enchimento do grão e sucedido por um período característico de secagem. Na grande maioria dos casos, o acúmulo de sacarose, está relacionado com o reparo de estruturas que podem ter sido danificadas durante o processo de dessecação, cujo processo envolve grande gasto de energia (Souza et al., 2005).
Além de fornecer substrato para síntese de material celular e de outros carboidratos de reserva, como amido e frutano, a sacarose atua como molécula sinalizadora do metabolismo e do desenvolvimento vegetal, através da modulação da expressão gênica e do turnover de proteínas (Farrar et al. 2000). Por outro lado, a hidrolise da sacarose gera hexoses sinais que favorecem divisão e expansão celular (Koch, 2004), principalmente por constituírem solutos osmoticamente ativos, possibilitando a embebição de água pelas sementes.
Em sementes de Picea glauca [Moench.] Voss., o carboidrato mais abundante nos cotilédones e eixo embrionário, foi a sacarose, seguido dos oligossacarídeos da série rafinósica, rafinose, estaquiose e verbascose (Downie & Bewley, 2000).
OLIGOSSACARÍDEOS DA SÉRIE RAFINÓSICA
Os oligossacarídeos da série rafinósica (ORP) são formados pela adição de moléculas de galactose à sacarose, como a rafinose (uma galactose), a estaquiose (duas galactoses), verbascose (três galactoses) e ajugose (quatro galactoses) (Figura 2). Juntamente com a sacarose, os ORP correspondem aos açúcares solúveis mais importantes em sementes e são quase onipresentes em algumas espécies vegetais (Downie & Bewley, 2000; Peterbauer & Richter, 2001; Blöchl et al., 2007).
Figura 2 Estrutura de oligossacarídeos da série rafinósica (rafinose, estaquiose, verbascose e ajugose).
A rafinose é o principal ORP presente na maioria das sementes de monocotiledôneas, enquanto que estaquiose e verbascose, acumulam-se predominantemente de sementes de dicotiledôneas. Normalmente, ajugose, só são encontrados em quantidades vestigiais em sementes (Peterbauer & Richter, 2001). A estaquiose se acumula em níveis relativamente elevado em sementes de diversas espécies vegetais (Djemel et al., 2005), como em sementes de Arabidopsis, nas quais o nível de estaquiose foi aprox. três vezes maior do que a de rafinose (Nishizawa et al., 2008).
ORP acumulam (2-10% MS) nos estágios finais de desenvolvimento de sementes, concomitantemente com a aquisição da tolerância à dessecação, e posteriormente servem como reservas que são rapidamente mobilizados durante a germinação (Peterbauer & Richter, 2001). Estas funções fisiológicas não ocorrem em café, pois apenas traços de ORP foram detectados em sementes maduras. Diversos autores, estudando espécies distintas, verificaram que os ORP desaparecem rapidamente após a embebição e a sua mobilização muitas vezes é completada antes que os carboidratos poliméricos sejam mobilizados (Tine, 1997; Buckeridge et al., 2000; El-Adawy et al., 2003; Santos & Buckeridge, 2004; Blöchl et al., 2007), indicando que eles podem desempenhar um papel especial durante a germinação.
Sementes têm uma alta demanda energética durante as etapas iniciais da germinação, ou seja, para o reparo e ativação do metabolismo. Nem carboidratos poliméricos nem proteínas ou óleos são capazes de atender a essa demanda, pois a sua mobilização ocorre em vários dias, em vez de horas (Bewley e Black, 1994). ORP, portanto, parece ser uma fonte essencial de carbono rapidamente metabolizável para eventos iniciais da germinação (Downie e Bewley, 2000).
Nos cotilédones de H. courbaril, embora a principal reserva de carbono (40%, p/p), seja o xiloglucano (Buckeridge et al., 2000), durante as etapas de germinação e emergência, apenas pelos oligossacarídeos da série rafinósica e proteína são mobilizados (Tine et al., 2000; Santos & Buckeridge, 2004).
Recentemente, Blöchl et al. (2007), estudando sementes de ervilha (Pisum sativum L. cv. Kelvedon Wonder), cuja reserva predominante são as proteínas, provaram que os ORP são realmente importantes para os eventos iniciais da germinação, pois um bloqueio na degradação dos ORP levaram a um atraso na germinação de sementes de vários dias, possivelmente até de outras reservas pudessem ser mobilizadas. Concluíram que esse atraso pode ter conseqüências drásticas para o estabelecimento das plântulas, quando as condições ambientais não são ideais durante a germinação.
Alem de fornecer energia e esqueletos de carbono para o crescimento, principalmente durante os estádios iniciais da germinação, aos ORP têm sido propostas diversas funções, como estabilizar as membranas (Oliver et al., 1998; Oliver et al., 2001) e atuarem como agentes vitrificante (Leopold et al., 1994) e têm sido implicados na aquisição da tolerância à dessecação de sementes (Pammenter & Berjak, 1999; Bailly et al., 2001; Rosnoblet et al., 2007), havendo uma tendência maior de acúmulo de oligossacarídeos da série rafinósica em sementes ortodoxas em relação às recalcitrantes (Buckeridge et al., 2004). Em diásporos de cereais, esses carboidratos podem não só proteger aleurona e embrião células durante a maturação das sementes de dessecação, mas também ajudar a estabilizar as proteínas que são ativadas durante as etapas iniciais da germinação (Sreenivasulu et al., 2008).
Blöchl et al. (2007), verificaram que a galactose foi capaz de aliviar a maioria dos efeitos inibitórios causados pelo bloqueio na degradação dos ORP, na germinação, enquanto a sacarose (em concentrações correspondentes) não conseguiu fazê-lo. Assim, a galactose pode ser um importante componente na via de sinalização durante a germinação (Frommer et al., 2003).
A embebição de sementes secas é associada com um rápido aumento no consumo de oxigênio e respiração mitocondrial que suporta a síntese de ATP (Bewley & Black, 1985). Recentemente, têm sido sugeridos que os altos níveis intracelulares de galactose e rafinose podem agir não apenas como osmoprotetores, mas também como antioxidantes protegendo as células vegetais de danos oxidativos e mantendo a homeostase redox (Nishizawa et al., 2008; Nishizawa-Yokoi et al., 2008).
AMIDO
O amido é uma das mais importantes formas de reserva de carbono nas plantas, em termos de quantidade, universalidade de sua distribuição e importância comercial. É um polissacarideo composto por polímeros de glicose dispostos em uma estrutura tridimensional semicristalina, denominada grânulo de amido (Figura 3).
Figura 3 Fotomicrografia eletrônica de varredura dos grânulos de isolados de trigo. A- grandes; B- pequenos. Fonte: modificado de Yonemoto et al. (2007).
Esses grânulos tendem a apresentar grande variabilidade de tamanho e de proporção entre os seus constituintes em funcão de fatores ambientais, estádio de desenvolvimento e das peculiaridades de cada espécie, variedade e tecido em questão. Em cereais como trigo, milho, cevada, centeio e sorgo, os grânulos podem ser classificados como simples, quando cada plastídeo contém um grânulo, ou compostos (arroz e aveia), quando muitos grânulos estão dentro de cada amiloplasto (Lindeboom et al., 2004; Lajolo & Menezes, 2006). A forma (redondo, oval, poliédrico), o tamanho de partícula (2 a 100μm) e a distribuição de tamanho da partícula (unimodal, bimodal, trimodal) dos grânulos são características da origem botânica (Vandeputte & delcour, 2004; Denardin & Silva, 2009).
Dentre os constituintes, o amido pode ser fracionado quimicamente em dois tipos de polímeros de glicose, a amilose e amilopectina (Figura 4). A amilose é um polímero essencialmente linear, formado por unidades de α-D-glicopiranose ligadas em α-(1,4), com poucas ligações α-(1,6) (entre 0,1% e 2,2%) (Buchanan et al., 2000; Denardin & Silva, 2009; Taiz & Zeiger, 2009). Essa molécula possui número médio de 500-5000 unidades de resíduos de glicose e β-amilose entre 73% e 95%, o qual está relacionado às proporções lineares e ramificadas da molécula, à quantidade e à localização das ramificações, bem como ao comprimento da cadeia (Vandeputte & Delcour, 2004; Denardin & Silva, 2009).
O peso molecular da amilose é da ordem de 250.000 Daltons (1500 unidades de glicose), mas varia muito entre as espécies de plantas e dentro da mesma espécie, dependendo do grau de maturação. Moléculas de amilose de cereais são geralmente menores do que aquelas de leguminosas (Denardin & Silva, 2009). Níveis entre 15% e 25% de amilose são típicos na maioria dos grãos, contudo, alguns cereais denominados cerosos, como milho, arroz e cevada, são virtualmente livres de amilose, enquanto mutantes com altos níveis de amilose também são conhecidos.
A amilose pode estar presente sob a forma de complexos com lipídios ou livre. As mudanças moleculares tornam possível a formação de complexos com moléculas de lipídios nas regiões superficiais do grânulo, o que inibe a degradação do amido por enzimas como fosforilase, α-amilase e β-amilase. Outros complexos de inclusão helicoidal que podem ser formados com a amilose incluem alguns álcoois e ácidos orgânicos (Eliasson, 2004).
A amilopectina é o componente ramificado do amido. Ela é formada por cadeias de resíduos de α-D-glicopiranose (entre 17 e 25 unidades) unidos em α-(1,4), sendo fortemente ramificada, com 4% a 6% das ligações em α-(1,6). Apresenta de 4700 a 12800 unidades de resíduos de glicose e limite de β-amilose de 55% a 60%. O peso molecular da amilopectina varia entre 50 e 500 x 106 Daltons (Vandeputte & Delcour, 2004; Lajolo & Menezes, 2006).
Figura 3 Estrutura da linear amilose e estrutura ramificada da amilopectina. Fonte: Buchanan et al. (2000).
Grânulos de amido de reserva apresentam anéis de crescimento interno semicristalino que são diferentes em sensibilidade aos ataques enzimático e químico. As camadas mais densas e resistentes podem ser formadas pela maior interação de amilopectinas paralelas nas regiões de maior frequência de ramificações laterais. Esses anéis podem ser constituídos por diferenças periódicas na taxa de síntese do amido.
Além da reserva de açúcares, os grânulos de amido apresentam proteínas que atingem, em média, de 0,05 (batata) a 0,5% (cereais) da sua massa. Essas proteínas incluem as enzimas de síntese do amido e podem definir as diferenças de aroma entre os amidos. Os grânulos de amido também apresentam associações com lídeos atingindo valores de sua massa, de 0,1 em batata a 1% em cereais. A estrutura da amilose determina a associação com os lipídeos, fazendo com que eles sejam distribuídos principalmente nas regiões amorfas dos grânulos, onde ocorre a maior proporção de amilose.
POLISSACARÍDEOS DE PAREDE CELULAR
Os polissacarídeos de reserva de parede celular (PRPC) são formados pela adição de nucleotídeo-açúcares como doadores de monossacarídeos e podem ser classificados em três grupos distintos, os mananos, os xiloglucanos e os (arabino)galactanos. Esta classificação é baseada essencialmente na estrutura química desses polímeros, sendo os mananos subdivididos em mananos puros, glucomananos e galactomananos (Buckeridge et al. 2000). Na tabela 2 podem ser observadas as principais características desses polissacarídeos de reserva de plantas.
Tabela 2 Algumas das características dos principais polissacarídeos de reserva de parede celular e sua ocorrência nos diásporos de diferentes espécies.
Polissacarídeo | Resíduo de açúcar na cadeia principal | Resíduo de açúcares nas ramificações | Localização na planta e exemplo |
Manano | Manose | Ocasionalmente galactose | Palmae, café, gergelim |
Glucomanano | Manose e glucose | Ocasionalmente galactose | alface, tomate |
Galactomanano | Mannose | Galactose | Leguminosae, Convolvulaceae, Annonaceae |
Xiloglucano | Glucose | Xilose, galactose, fucose, arabinose | Leguminosae, Tropaeolaceae, Myrcinaceae |
(Arabino)galactano | Galactose | Arabinose | Leguminosae, café |
* Fonte: modificado de Buckeridge et al. (2000).
Os PRPC são relativamente inertes no que concerne à sua reatividade química e apresentam diferentes graus de solubilidade em água. Essas características conferem vantagens que são similares às do amido (alta compactação e baixa reatividade) e tornam possível a existência de um “compartimento celular” (a parede celular) que permite o fluxo de água com um grau de liberdade considerável. Por outro lado, o custo para produzir tais polímeros é alto, pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossíntese, secreção e montagem no meio extracelular (Buckeridge et al., 2000; Buckeridge et al., 2004; Souza et al., 2005).
Na Figura 4 pode ser observada as estruturas químicas dos principais polissacarídeos de reserva de parede celular que ocorrem em sementes. Os PRPC arabinogalactanos são depósitos de polímeros derivados das pectinas enquanto os mananos e xiloglucanos são depósitos de polímeros de hemicelulose (Buckeridge et al., 2000).
Figura 4 Estruturas químicas dos principais polissacarídeos de reserva de parede celular que ocorrem em sementes. A- (galacto)mananos. B- xiloglucanos. C- galactanos. Fonte: Buckeridge et al. (2000).
Os PRPC são depositados na parede celular de tecidos distintos nas sementes, variando conforme as espécies vegetais e com o composto especifico (Figura 5). Sesbania marginata acumula galactomanano no endosperma (Figura 5 A), Hymenaea courbaril, acumula xiloglucano nos cotilédones (Figura 5 B) e Lupinus angustifolius, acumula galactanos nos cotilédones (Figura 5 C).
Figura 5 Secções transversais de tecidos de reserva em paredes celulares de sementes quiescentes. A- Sesbania marginata, que acumula galactomanano (Gm) em paredes celulares do endosperma (End), com detalhe do endosperma no qual é possível observar a camada de aleurona (Al) e as espessas paredes com Gm. B- Hymenaea courbaril, que acumula xiloglucano (Xg) em cotilédones. C- Lupinus angustifolius, que acumula galactanos (Gl) em cotilédones. Cp, corpos protéicos situados nos citoplasmas celulares. A barra corresponde a 40 mm. Fonte: Buckeridge et al. (2000).
Apesar das diferenças marcantes nas estruturas químicas, os polímeros dos três grupos apresentam propriedades físico-químicas semelhantes. Eles possuem em comum a função de reserva, uma vez que são completamente degradados após a germinação da semente e seus produtos são utilizados como fontes de carbono e energia para o crescimento inicial das plântulas. Por outro lado, cada um deles apresenta funções secundárias distintas, tais como, dureza (mananos em endospermas de sementes de palmeiras, tomate e alface), relações hídricas (xiloglucanos em cotilédones e galactomananos em endospermas de sementes de leguminosas) e controle da expansão celular (galactanos nos cotilédones de lupino e, em menor proporção, em sementes de feijão e soja) (Buckeridge et al. , 2000; Buckeridge et al., 2004; Souza et al., 2005).
MANANOS
Os mananos puros são artificialmente definidos como contendo mais de 90% de manose formando uma cadeia linear do tipo β-1,4 sem ramificações, podendo ou não o restante estar ramificado com galactose. Abaixo de 10% de ramificação, os mananos tornam-se insolúveis e precipitam rapidamente em solução aquosa (Dea et al.,1986). Assim, os mananos são estruturalmente relacionados aos galactomananos, apenas apresentando um grau menor de ramificação com galactose. Os mananos, portanto, apresentam alto grau de interatividade intermolecular, formando cristais na parede celular, o que confere dureza e diminui sua solubilidade.
São encontrados em endospermas de sementes de espécies de monocotiledôneas como Phoenix dactylifera e Phytelephas macrocarpa e dicotiledôneas como pimenta, aipo, tomate e alface (Reid, 1985; Buckeridge et al., 2000; Buckeridge et al., 2004).
Alem de serem polissacarídeos de reserva, eles conferem grande dureza às sementes que os acumulam em endospermas, como em palmeiras, tomate e alface, e isso pode ser associado com um sistema de proteção do embrião contra danos mecânicos. As espécies de dicotiledôneas citadas apresentam endospermas mais finos em relação às palmeiras e sua presença tem sido correlacionada com a restrição mecânica para a protrusão da radícula.
Uma demonstração direta de que os mananos estão relacionados com a dureza do endosperma foi obtida através da observação de que os mananos presentes na região endospérmica próxima à extremidade da raiz de tomate exercem papel crucial na protrusão da radícula (Groot e Karssen, 1987).
GALACTOMANANOS
São compostos por uma cadeia linear de resíduos de manose unidas por ligações glicosídicas β-(1→4), à qual resíduos de galactose estão unidos por ligações do tipo α-(1→6). Ocorrem tipicamente em endosperma de sementes de leguminosas (Buckeridge et al., 1995; Buckeridge & Dietrich, 1996; Chaubey & Kapoor, 2001; Vieira et al., 2007), mas eles também estão presentes em sementes de espécies de outras famílias como Compositae e Convolvulaceae (Dea & Morrison, 1975; Guzmán & Hernandez, 1982; Buckeridge et al. , 2000; Buckeridge et al., 2000; Buckeridge et al., 2004). Em sementes maduras de Coffea arabica os principais compostos de armazenamento são galactomananos e arabinogalactanos (Nunes & Coimbra, 2002; Redgwell et al., 2002; Joët et al., 2009).
Além do papel de reserva, os galactomananos influenciam no fluxo de água devido a sua maior solubilidade nos primeiros estádios da germinação. Este polissacarídeo absorve, proporcionalmente, grande quantidade de água e a distribui ao redor do embrião. O endosperma embebido protege o embrião contra perda de água através de um efeito conhecido como “tampão de água”, durante períodos de seca pós-embebição (Reid e Bewley, 1979). Outras leguminosas tropicais (Dimorphandra mollis e Sesbania marginata) apresentam um comportamento similar (Buckeridge et al., 1995; Buckeridge & Dietrich, 1996; Buckeridge et al., 2000).
O grau de ramificação dos mananos define suas relações estrutura-função. Quanto menos ramificado, maior a indicação de que a função biológica está relacionada com a dureza e proteção do embrião. Isso pode ser visto claramente em Palmae. Por outro lado, quanto maior o grau de ramificação, mais solúvel o polissacarídeo e maior a participação deste em funções como as relações hídricas. No entanto, não se sabe ao certo qual dessas funções é a primária: reserva, dureza ou relações hídricas (Buckeridge et al., 2000).
XILOGLUCANO
Apresentam uma cadeia principal de β-D-(1→4)-glucano ramificada com ligações α-(1→6) por resíduos de D-xilopiranosídeos ou β-D-galactopiranosídeo- (1→2)-D-xilopiranosídeos. É encontrado em sementes de Tropaeolum majus, Tamarindus indica e Copaifera langsdorffii, (Buckeridge et al., 1992). Hymenaea courbaril (jatobá (Buckeridge et al.,1997; Tiné et al., 2000).
A função reserva dos xiloglucanos em cotilédones foi demonstrada de forma circunstancial em sementes de diversas espécies (Buckeridge et al., 1992; Tiné et al., 2000).
Os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinâmicas muito semelhantes às encontradas em galactomananos, isto é, os xiloglucanos também podem atuar no controle da embebição de água e xeroproteção. É interessante observar que, como citado para os galactomananos, as relações entre estrutura e função em xiloglucano estão nas mudanças da estrutura fina que são também relacionadas com o posicionamento das galactoses na molécula (Buckeridge et al., 2000). Em sementes de H. courbaril, os xiloglucanos, assim como galactomananos, retardam a entrada da água (Buckeridge et al. , 2000).
Em H. courbaril há um aumento da importância das reservas de xiloglucano dos cotilédones, durante o desenvolvimento das plântulas à medida que diminui a intensidade da luz, confirmando que este polímero tem um papel fundamental na adaptação da espécie para estabelecer com sucesso no sub-bosque sombreado da floresta (Santos & Buckeridge, 2004).
GALACTANOS
Existem dois tipos de galactanos como reserva em semente, um é formado por ligações β-(1→3),(1→6) com algumas ligações β-(1→4) e o outro, mais freqüente, é composto por ligações β-(1→4) com ramificações de L-arabinofuranose a cada 16-21 resíduos da cadeia principal. Na natureza, o grau de ramificação dos galactomananos varia de polímeros em que quase todas as unidades de manose apresentam ramificação com galactose a polímeros em que nenhuma galactose é detectada.
Há um grande número de espécies que acumulam galactomananos em suas sementes (predominantemente no endosperma), e sua distribuição pode ser apreciada inclusive do ponto de vista taxonômico. Eles estão presentes em Annonaceae, Astera-ceae, Convolvulaceae, Palmae, Rubiaceae e Leguminosae, mas é nesta última família que há o maior número de espécies com sementes que armazenam grandes quantidades de galactomananos (Buckeridge et al., 2004).
Em cotilédones de Lupinus luteus os autores levantaram a possibilidade dos galactanos estarem envolvidos no controle da expansão celular, além de ser um polissacarídeo de reserva (Matheson & Saini, 1977).
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LIPÍDEOS
Os lipídeos armazenados em sementes são denomidados de triacilglicerol ou triglicerídeos (TAG), nos quais três ácidos graxos estão ligados a um glicerol (Figura 6). Três cadeias de ácidos graxos estão ligadas a um esqueleto de glicerol e a carboxila ligada ao glicerol representa o carbono 1 da cadeia de ácido graxo, enquanto R1, R2 e R3 representam os radicais, que pode ou não ser diferente (Buckeridge et al., 2004; Graham, 2008, Taiz & Zeiger, 2009).
Figura 6 Estrutura de um triglicerídeo.
Os TAG podem ser classificados como insaturados, que contém duplas ligações carbono-carbono, ou insaturados, que não contêm. As cadeias de carbono podem ter de 12 a 20 unidades, mas mais cofnumente elas têm 16 ou 18 carbonos de extensão. Os principais ácidos graxos nos lipídeos vegetais são mostrados na Tabela 3.
TABELA 3 Nomenclatura e estrutura de acidos graxos comuns em tecidos de vegetais superiores.
Nome | Estrutura |
Saturados | |
Ácido láurico (12:0) | CH3(CH2)10CO2H |
Ácido mirístico (14:0) | CH3(CH2)12CO2H |
Ácido palmítico (16:0) | CH3(CH2)140CO2H |
Ácido esteárico (18:0) | CH3(CH2)16CO2H |
Insaturados | |
Ácido oléico (18:1) | CH3(CH2)7CH-CH(CH2)7CO2H |
Ácido linoléico (18:2) | CH3(CH2)4CH-CH-CH2-CH-CH(CH2)7CO2H |
Ácido linolênico (18:3) | CH3CH2CH-CH-CH2-CH-CH-CH2-CH-CH-(CH2)7CO2H |
* Fonte: modificado de Taiz & Zeiger (2009).
Além dos nomes comuns, é possível utilizar uma nomenclatura de ácidos graxos com base no comprimento da cadeia, no número e na posição das ligações duplas. Por esse método, o ácido palmítico, por exemplo, é descrito como 16:0, ou seja, um ácido graxo de 16 carbonos e nenhuma insaturação (sem ligações duplas). O ácido oléico é definido como 18:1 A 9, ou seja, um ácido graxo de 18 carbonos com uma insaturação entre os carbonos 9 e 10 da cadeia. O ácido linoléico, por sua vez, por ter duas ligações duplas (nos carbonos 9 e 12), é descrito como 18:2 A 9,12. Outros ácidos graxos que ocorrem em sementes são o ácido láurico (12:0), o petroselênico (18:1 A16) e ainda o ricinoléico, que possui uma cadeia de 18 carbonos com uma hidroxila no carbono 12 e uma ligação dupla entre os carbonos 9 e 10 (12-OH 18:1 A 9).
Embora a composição exata de ácidos graxos varie de espécie para espécie, os ácidos palmítico (16:0), oléico (18:1 A9) e linoléico (18:2 A9,12) geralmente ocorrem em maior quantidade, podendo compor até 60% da massa de algumas sementes oleaginosas. Um dos mecanismos que parece regular isso é a ativida-de da tio-esterase. Esta enzima hidrolisa o ácido graxo do complexo de biossíntese, separando-o da proteína carreadora e liberando ácido graxo livre, que é, então, transportado para o REL. Em cada planta, as isoformas de tio-esterase possuem afinidades distintas por ácidos graxos com diferentes comprimentos de cadeia. Sementes cuja tio-esterase tem afinidade por cadeias mais curtas tendem a acumular ácidos graxos de cadeia mais curta. Essa característica, associada às demais modificações que ocorrem no REL, gera um padrão de composição lipídica característico de cada espécie. É importante notar que a atividade dessas vias de biossíntese varia durante a maturação da semente, o que faz com que a composição de lipídeos da semente não seja constante ao longo do processo de deposição dos lipídeos.
Os TAG constituem uma reserva importante em sementes de muitas espécies de plantas, denominadas oleaginosas, como girassol, canola, mamona, soja e milho (Graham, 2008). São constituintes encontrados em todas as partes das sementes, ocorrendo em maior percentagem no embrião (cotilédones) e, em alguns casos, no endosperma.
São armazenados em microcorpos esféricos conhecidos como corpos lipídicos ou oleossomos, que variam de 0,2 a 6 µm de diâmetro (Figura 7). São constituídos de uma matriz de TAG cobertos por uma monocamada de fosfolipídeo incorporado com proteínas (Huang, 1996). A mais abundante destas proteínas são os oleosins (Graham, 2008).
Figura 7 Estrutura de um oleossomo. Fonte: Huang (1996).
Os TAG, por serem normalmente grandes compostos insolúveis, podem permanecer intactos em sementes dessecadas por períodos prolongados, sendo utilizadas durante a germinação e o crescimento pós-germinativo das plântulas (Graham, 2008). Além dos lipídios de reserva, são também importantes do fosfolipídios, constituintes essenciais do sistema de membranas celulares, incluindo as de organelas. A organização das membranas afeta diretamente a normalidade dos processos fisiológicos em sementes, como a germinação, a dormência, a manifestação do vigor, a tolerância á dessecação e o condicionamento fisiológico.
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PROTEÍNAS
São constituídas por combinações de aminoácidos (unidade básica), em proporções variadas. A ligação que se estabelece entre dois aminoácidos é chamada ligação peptídica; um dipeptídeo é formado pela ligação entre um carbono do grupo ácido de um aminoácido com o nitrogênio de outro aminoácido. As proteínas são, portanto, polipetídeos de cadeia longa, resultando da união de até centenas de aminoácidos.
Dependendo da natureza dos aminoácidos que participam de uma molécula de proteína, podem ser formadas as estruturas primária, secundária e terciária. A forma da proteína está intimamente associada à sua função. As proteínas presentes em vários tipos de tecidos vegetais, incluindo sementes, podem ser classificadas com base na solubilidade em uma série de solventes:
- a) Albuminas: são solúveis em água e coaguláveis por aquecimento. Apresentam-se em pequenas quantidades em algumas sementes, incluindo cereais e legumes.
- b) Globulinas: são insolúveis em água e solúveis em soluções sali São as principais componentes das proteínas de reserva da maioria das dicotiledôneas () e podem ser obtidas facilmente em forma cristalina.
- c) Prolaminas: são solúveis em álcool (60 a 70% v/v), mas não em água e nem em soluções salinas. São as principais proteínas de reserva em cereais e em gramíneas selvagens e são ricas em prolina e
- d) Glutelinas: são insolúveis em soluções aquosas neutras ou salinas e em álcool, mas podem ser extraídas em soluções básicas. Estão presentes em cereais como o trigo e o milho e estão relacionadas estruturalmente às prolaminas, mas são insolúveis em soluções alcoólicas devido à presença de ligações de enxofre.
A natureza das proteínas de reserva é geneticamente programado, mas a sua taxa de acúmulo depende da disponibilidade de nutrientes, metabolismo durante o particionamento e enchimento de grãos (Gallardo et al., 2008).
As proteínas de reserva são armazenadas nos vacúolos de reservas chamados corpos proteicos (Figura 8). Um aspecto importante do controle da expressão gênica dessas proteínas é que esta é regulada pela nutrição da planta, sendo um forte dreno para o nitrogénio excedente. Entretanto, a maioria das proteínas contém enxofre na forma de cisteína e metionina, sendo que a sua síntese pode ser restrita sob condições de baixa disponibilidade de enxofre (Bewley e Black, 1994; Buckeridge et al., 2004; Gallardo et al., 2008).
Figura 8 Eletromicrografia de secções transversais de cotiledones de Durio zibethinus L.. Legenda: ER- retículo endoplasmático rugoso, depósitos proteicos (seta) no interior dos vacúolos de armazenamento de proteína (PSV); S- amido; CW- parede celular. Escala: barra corresponde a 1 µm. Fonte: Brown et al. (2001).
Essas proteínas podem ter função estrutural, nutritiva ou enzimática, participando da estrutura de tecidos, liberando aminoácidos utilizados como substratos para a respiração e monitorando reações químicas, respectivamente. Há também aquelas que atuam em mecanismos de transporte, de defesa ou como reguladoras de processos fisiológicos. As proteínas metabolicamente ativas são representadas pelas enzimas e pelas nucleoproteínas (DNA e RNA). As isoenzimas são formas diferentes de uma mesma enzima e ocorrendo num mesmo organismo, podem ser controladas por um ou mais genes, característica utilizável para a diferenciação de cultivares.
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OUTROS COMPONENTES
TANINOS
Embora sejam encontrados em outras fontes da planta, como em cascas, eles também ocorrem em sementes, particularmente na estrutura do tegumento. Eles são encontrados na testa de sementes de feijão e cacau. Taninos são compostos de alto peso molecular (500-3000), contendo fenólicos, hidroxilas ou outros grupos macromoleculares. Esta característica dá a eles uma propriedade única de ligar com proteínas e inibir suas atividades enzimáticas.
ALCALÓIDES
Os alcalóides mais conhecidos que ocorrem em plantas e suas sementes são a morfina, estricnina, colchicina, cafeína, nicotina. Os alcalóides mais comuns são compostos cíclicos complexos que contém nitrogênio.
GLICOSÍDEOS
Embora a maioria dos glicosídeos seja encontrada nos órgãos vegetativos das plantas, alguns aparecem em sementes. Os glicosídeos são formados pela reação entre um açúcar (usualmente glicose) e um ou mais compostos não açúcar. Em seu estado puro, eles são na maioria das vezes incolores, cristalinos, amargos, e solúveis em água ou álcool. Alguns dos glicosídeos, tais como, Saponina são altamente venenosos para homens e animais.
FITINA
Fitina são compostos derivados de sais de potássio, magnésio e cálcio ligados ao ácido mioinozitol hexafosfórico. São as maiores reservas de fósforo nas sementes. Em cereais, a fitina é geralmente associada com corpos de proteína na camada de aleurona e mais ou menos ausente dos corpos protéicos dos cotilédones. Durante a germinação de sementes, fosfatases que hidrolisam fitina aumentam diversas vezes. A atividade da fitase é mais alta na camada de aleurona e escutelo. Uma grande fonte de fosfato, magnésio e potássio das sementes está presente na fitina e muito do metabolismo da germinação nas sementes são dependentes da hidrólise da fitina e concomitante liberação de íons de magnésio e potássio. Em sementes de alface 50% do total de fósforo está ligado na fitina (Buckeridge et al., 2004).
GIBERELINAS
As gliberelinas são componentes naturais de plantas e sementes. Elas têm papel importante tanto no desenvolvimento, como na germinação das sementes. A giberelina mais conhecida é o ácido giberélico (GA3), embora outros cinqüenta já tenham sido identificados.
CITOCININAS
Um outro grupo de compostos que ocorrem nas sementes e exercem influências hormonais são as citocininas. As Citocininas são necessárias para o crescimento e diferenciação celular, talvez esta seja a base de sua influência na promoção da germinação. Elas têm efeitos inibitórios da senescência de folhas e regulam o fluxo de compostos através dos sistemas das plantas.
INIBIDORES
Existe crescente convicção entre os fisiologistas que a dormência de sementes, gemas, tubérculos e outras partes da planta, é regulada por um balanço ou interação entre inibidores e promotores de crescimento endógeno. O ácido abscísico e a cumarina são inibidores que influenciam na germinação de sementes. O gás etileno pode inibir ou promover a germinação e é também considerado um hormônio.
VITAMINAS
As vitaminas representam, quimicamente, um grupo muito heterogêneo . Todas as vitaminas conhecidas e seus precursores imediatos são sintetizados pelas plantas superiores, embora não seja certo que todas sejam necessárias ao metabolismo das plantas. Sua atividade em sementes ainda é pouco conhecida. Dentre os poucos exemplos disponíveis, o ácido ascórbico e a biotina estão envolvidos no processo de respiração e tiamina parece ser necessária para o desenvolvimento do embrião e endosperma de sementes de algumas espécies. Ela é também necessária para o desenvolvimento normal da raiz.
ÁCIDOS NUCLÉICOS
Nakabayashi et al. (2005) encontraram cerca de 12.500 de mRNAs em sementes secas de Arabidopsis. Em embriões de grãos secos de cevada contem cerca de 12.100 mRNAs (Sreenivasulu et al., 2008).
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