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Tipo: Tese
Título: Identificação, purificação, caracterização e atividade biológica de proteínas do látex de Calotropis procera envolvidas na defesa da planta
Autor(es): Freitas, Cleverson Diniz Teixeira de
Orientador: Ramos, Márcio Viana
Palavras-chave em português: Diversidade das plantas;Plantas - Análise
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
Data do documento: 2009
Citação: FREITAS, Cleverson Diniz Teixeira de. Identificação, purificação, caracterização e atividade biológica de proteínas do látex de Calotropis procera envolvidas na defesa da planta. 2009. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009.
Resumo: Látex é um fluido de aspecto leitoso liberado de plantas que sofreram algum dano mecânico. Aproximadamente 8% de todas as plantas produzem látex. Em contraste, poucas plantas laticíferas são estudadas em detalhes, principalmente aspectos bioquímicos de seu látex. O papel desempenhado pelo látex ainda é pouco entendido. Contudo, a hipótese mais aceita é seu envolvimento na defesa da planta contra insetos e fitopatógenos. Com o objetivo de investigar esta hipótese, proteínas do látex de Calotropis procera foram caracterizadas para obter novas informações sobre a ocorrência e atividades biológicas de proteínas laticíferas. Além disto, a caracterização da atividade antifúngica do látex e a purificação de uma osmotina são mostradas neste trabalho. Proteínas do látex de C. procera apresentaram forte atividade proteolítica compartilhada por pelo menos quatro proteinases com massas moleculares variando de 28 kDa a 66 kDa. Proteinases cisteínicas foram predominantes, enquanto proteinases aspárticas foram apenas marginalmente detectadas. Proteinases serínica e metaloproteinases não foram detectadas. A atividade proteolítica foi ótima em valores de pH 5,0-6,0 e temperatura 37-60 °C, quando azocaseína ou BANA foram utilizados como substratos. Anticorpos policlonais produzidos contra a papaína reconheceram fracamente as proteínas do látex, mostrando que a papaína e as proteinases cisteínicas do látex de C. procera são imunologicamente distintas. Análises proteômicas utilizando eletroforeses bidimensionais e espectrometria de massas permitiram a identificação de várias proteínas relacionadas com a defesa da planta: peroxidase (1), quitinases (2), proteinases cisteínicas (2), inibidor de proteinases (1), proteínas transferidoras de lipídios (3) e osmotinas (3). Em vista desta grande diversidade de proteínas antifúngicas, as proteínas do látex foram testadas quanto à capacidade de inibir o crescimento de diferentes fungos fitopatogênicos. Os valores de IC50 encontrados foram 134,5 ± 8,1, 549,9 ± 14,3 e 455,0 ± 9,3 pg/ml para Fusarium solani, Neurospora sp. and Colletrotricum gloeosporioides, respectivamente. A atividade inibitória foi sempre perdida após tratamento térmico (98 °C por 30 min) ou proteolitico, dando fortes evidências do envolvimento de proteínas na atividade antifúngica. O tratamento do látex com E-64 (inibidor de proteinases cisteínicas) eliminou completamente a atividade inibitória para F. solani, mas foi ativa parcialmente para Neurospora sp e C. gloeosporioides. Resultados similares foram obtidos quando esporos foram desafiados a germinarem na presença das proteínas do látex tratadas ou não com E-64. Papaína, uma proteinase cisteínica do látex de Carica papaya, mas não tripsina e quimotripsina, duas proteinases serínicas, repetiu os resultados obtidos com C. procera, sugerindo o envolvimento de proteinases cisteínicas como proteínas antifúngicas. As proteínas do látex foram fracionadas e uma proteína purificada foi obtida. A seqüência N-terminal (40 AA) exibiu alta similaridade com osmotina (87%) e proteínas semelhantes à proteína taumatina (82%). Os procedimentos de isolamento compreenderam de duas cromatografias de troca iônica. A osmotina purificada se apresentou como uma única banda de massa molecular de 20,1 kDa em eletroforese unidimensional e como dois spots em eletroforeses bidimensionais com pl 8,9 e 9,2, identificados por espectrometria de massas como duas osmotinas. As duas isoformas foram glicoproteínas como indicado pelo reagente de Shiff. Ensaios de dicroísmo circular mostraram que a osmotina foi estável em diferentes valores de pH e temperatura. A estrutura secundária foi composta de 35% de a-hélice, 33% de folhas betas, 19% de voltas e 28% de estrutura desordenada. Análises de fluorescência, quando a proteína foi excita a 280 nm ou 295 nm, mostraram um espectro de emissão de 300 a 420 nm, com máximo em 340 nm. A osmotina causou permeabilidade de membranas de lipossomos artificiais e de esporos de F. salani, contudo não foi capaz de Usar eritrócitos de coelho. Na presença de DTT, a osmotina foi fragmentada em três peptideos com massas moleculares de 14, 11 e 7 kDa e perdeu sua atividade antifúngica, mostrando que as pontes dissulfeto são essenciais para integridade e função da proteína. Esses resultados colaboram com a hipótese do envolvimento de diferentes proteínas laticiferas na defesa da planta contra fungos fitopatogênicos.
Abstract: Latex is a fluid with milky aspect remarkably common in plants. Nearly 8 % of all plant species have canal systems from which latex is exuded upon damage. Nonetheless, few laticifer plants are studied in detail, mainly biochemical aspects of their latex. The role played by latex in plants is poorly understood. However, the most accepted hypothesis is its involvement in plant defense against insects and phytopathogens. In an attempt to investigate this hypothesis, a partial biochemical and proteolytic characterization of laticifer proteins were performed to obtain new information on the occurrence and biological activities of proteins from the latex of Calotropis procera. Besides, antifungal activity and purification of an osmotin are shown in this study. Laticifer proteins of C. procera exhibited strong proteolytic activity shared by at least four distinct proteinases with molecular masses ranging from 28 kDa to 66 kDa. Cysteine proteinase activities were predominant, whilst aspartic proteinase activities were barely visible. Serine and metaloproteinases were not detected. The optima pH and temperature for proteolytic activity were 5.0-6.0 and 37-60 °C, respectively, when azocasein or BANA were used as substrates. Polyclonal antibodies raised against papain cross-reacted weakly with laticifer proteins of C. procera showing that papain and cysteine proteinases of this latex were immunologically distinct. Proteomic approaches of 2-D electrophoresis and analysis by MALDI-TOF-TOF allowed identification of several Pathogenesis-Related proteins in latex: peroxidase (1), chitinases (2), cysteine proteinases (2), proteinase inhibitor (1), lipid-transfer proteins (3) and osmotins (3). In view of this high diversity of antifungal proteins, laticifer proteins were tested on different phytopathogen fungi. Laticifer proteins inhibited fungi growth of Fusarium solani, Neurospora sp. and Colletrotricum gloeosporioides with IC50 of 134.5 ± 8.1, 549.9 ± 14.3 and 455.0 ± 9.3 pg/ml, respectively. The inhibitory activity was always lost after heat treatment (98 °C for 30 min) or proteolysis, giving strong evidence for the protein nature of inhibitory molecules. Treatment of this latex with specific inhibitor of cysteine proteinases (E- 64) completely eliminated the inhibitory activity to F. solani but only partially for Neurospora sp. and C. gloerosporioides. Similar results were observed when spores were challenged to germinate in the presence of laticifer proteins. Papain, a cysteine protease from the latex of Carica papaya, but not trypsin and chymotrypsin, two serine proteases, repeated the results observed with C. procera, suggesting the involvement of cysteine proteinase as inhibitors of spore germination and fungal growth. Laticifer proteins were fractionated and a highly purified protein was obtained. The N-terminal sequence (40 AA) exhibited similarity to osmotin (87%) and thaumatin-like (82%) proteins. Its isolation procedures entailed two ion exchange chromatography steps. C. procera osmotin appeared as a single band (20.1 kDa) in SDS-PAGE and as two spots in 2-D electrophoresis (pl 8.9 and 9.2) identified by mass spectrometry as two osmotins. The two isoforms were glycoproteins as indicated by Schiff's reagent. Circular dichroism assays showed that osmotin was stable in different pH and temperatures. Secondary structure content was 35% ahelix, 33% 6-sheet, 19% turn and 28% unordered. Fluorescence analysis showed emission in the 300-420nm range upon excitation at 280 nm or 295 nm, with maximum at 340 nm. The osmotin caused membrane leakage in F. solani spores and artificial membranes, but did not disrupt rabbit erythrocytes. In presence of DTT, osmotin was fragmented in three peptides with molecular masses of 14, 11 and 7 kDa and lost antifungal activity, showing that the disulfide bonds are essential to its activity. These results reinforce the hypothesis of the involvement of different proteins of laticifer fluids in plant defense against phytopathogenic fungi.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77794
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/3427885672312583
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9380112449444041
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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