HORMONALNI FAKTORI RASTENJA I RAZVIĆA BILJAKA

Biljke se sastoje od određenih delova i da bi funkionisale kao integrisane celine one moraju da usklade funkcionisanje pojedinačnih delova, a osim toga moraju, više nego što je to slučaj sa životinjama, zbog sesilnog načina života biljaka, da povežu svoje funkionisanje sa uslovima spoljašnje sredine. Kao što znate (svetlost, temperatura, vlaga) predstavljaju faktore spoljašnje sredine koji su veoma bitni za funckionisanje biljaka, jer biljke nemaju sposobnost lokomocije, ne mogu da izbegnu nepovoljan faktor, ali zato imaju veću prilagodljvost, mogu da svoje funksionisanje prilagode uslovima spoljašnje sredine. Prema tome mehanizmi o kojima ćemo pričati od sad pa na dalje zapravo predstavljaju mehanizme uz pomoć kojih biljka integriše svoj organizam, tj.integriše funkcionisanje pojedinačnih delova i funkionisanje sebe u funckiji uslova spoljašnje sredine (kako najbolje da se prilagodi spoljašnjoj sredini). U tim procesima vrlo bitni ulogu igraju hormonalni faktori rastenja i razvića, zato njih prvo treba da čujete, a onda posle toga u svakom od budućih predavanja će se pominjati neki hormoni i neki efekti hormona, tako da u stvari ovo vam je sada osnova.

Što se tiče definicije hormonalni faktori podrazumevaju postojanje hormona. Kod životinja definicija termina hormona je napravljena za supstance koje postoje kod životinja i ovde imate tu definiciju da su to organski molekuli koji se nalaze prirodno u malim koncentracijama kod životinja i sintetišu se na jednom mestu, u endokrinim organima (žlezdama), transportuju na druga mesta najčešće krvim sistemom, odnosno cirkulatornim sistemom, do ciljnih regiona gde hormoni ostvaruju svoj efekat odnosno dovode do specificnih biohemijskih i imunskih reakcija u organizmu.

Sama reč hormon potiče od grčke reči όρμή što znači pokrenuti, pobuditi; u prenesenom značenju: podstaci, podsticati. Kod biljaka imate takođe hormone, s tim što se oni najčešce nazivaju fitohormonima. Frits Went i Kenneth Thimann (značajni u istoriji fiziologije biljaka) su zapravo rekli da se hormoni karakterišu osobinom da služe kao hemijski glasnici - medijatori, odnosno unutrašnji signali. To su signali uz pomoć kojih se koordinišu aktivnosti jednog organa sa aktivnošću drugih. Odnosno, uz pomoć kojih se organizam integriše u jednu funkcionalnu celinu.

Definicija biljnih hormona i fitohormonaje slična onoj definiciji životinjskih, a to je da su to organske supstance male molekulske mase koje ne spadaju u hranljive materije, a to je opet u malim količinama kao i kod životinja, stimulišu i inhibiranju i na neki drugi način modifikuju rast i razviće biljaka.

1

Ono što je bitno jeste da kod biljaka, s obzirom da postoje razlike izmedju životinjskih i biljnih hormona, da se onda iako se najčesce koristi izraz fitohormoni, to zapravo nije najpogodniji izraz za grupu organskih jedninjenja sa tom funkcijom ili funkcijama. Češće se koristi regulatori rastenja koji je pravilniji izraz; u originalnu plant growth regulators.Ili se nazivaju još supstancama rastenja. Najčešće ćete čuti da mi kažemo fitohormoni, ali pravilnije je reći regulatori rastenja. Videćete postoji mala razlika između termina fitohormon i regulator rasta.

Ideja o postojanju fitohormona potiče od kraja 19.veka, a dva naučnika koji su konkretno umešana u generisanju te ideje.

Prvi je Julius Zaks, nemački botaničar koji se prvi i poslednji bavio tzv. korelacijama kod biljaka. Korelacije su procesi kojima jedni delovi, jedan deo biljke koordiniše, utiče na neki način, stimuliše ili inhibira drugi deo biljke. Tih korelacija ima dosta, dele se na1. korelativne inhibicije 2. korelativne stimulacije

Dakle on je baveći se tim odnosima između delova biljaka pretpostavio da u koordinacijamadelova biljaka učestvuju supstance koje formiraju organe.

Čarls Darvin se pred kraj života uglavnom bavio fiziologijom biljaka, i on je takođe, što bi se reklo, zadužio fiziologiju biljaka. Naime, on je zajedno sa svojim sinom radio ekperimente koji su se ticali različitih pokreta kod biljaka, pri čemu su to najčešće bili fototropizmi, tj. pokreti biljnih delova, savijanje biljaka ka određenoj draži (fototropizmi, ka svetlosti).

Pored toga je radio i eksperimente sa biljkama mesožderkama (šta se dešava ako im se umesto insekta ponudi komad kuvanog mesa). Na neki način je postavio osnovne principe odvijanja tih pokreta, s tim što naravno nije znao za postojanje biljnih hormona. Za njega se kaže da je on ustvari na neki način anticipirao, pretpostavio svojim eksperimentima postojanje biljnih hormona. Njegovi eksperimenti su kljucni pronalazak, odnosno identifikaciju auksina. On je na osnovu eksperimenata zaključio da kada se biljke izlože usmerenom svetlosti, da dolazi do sinteze nekog uticaja koji se prenosi iz gornjeg u donji deo biljki i da to dovodi do savijanja biljki ka svetlosti, odnosno savijanja koleoptila. Tako da se Čarls Darvin smatra rodonačelnikom ideje o postojanju biljnih hormona.

Darvinov eksperiment

2

Koleoptil je organ koji postoji samo kod trava, sastoji se od jednog, dva ili malog broja slojeva ćelije koji obavijaju prvi list kod njih. Funkcija koleoptila jeste da zaštiti prvi list od mehaničkih povreda prilikom klijanja semena, probijanja kroz zemljište. Koleoptil se kasnije izdužuje kao i sama biljka, odnosno prvi list, i u jednom momentu dolazi do toga da list probije koleoptil, sto se dešava kad biljka izbije na površinu zemlje. Darvin je ustanovio da koleoptili reaguju na usmerenu svetlost tako što se savijaju ka njoj. Pored toga je takođe ustanovio da su mesta percepcije signala i mesto odgovora, mesto gde se dešava savijanje, zapravo različita. Vrh je taj koji prima signal a donji deo koleoptila, deo ispod vrha, je onaj čijom aktivnošću se koleoptil savija. Danas se zna da zapravo savijanje zavisi od lateralnog transporta određenih biljnih hormona, odnosno auksina.

Klasifikacija biljnih hormona prema hemijskoj prirodi:(postoji 7 grupa hormona, ostalih 5 su kandidati za hormone)

1) auksini 2) giberelini 3) citokinini 4) apscisinska kiselina (ABA) i srodna jedinjenja 5) etilen 6) brasinosteroidi 7) jasmonati 8) poliamini?9) mali peptidi (sistemin)?10) oligosaharini? – elicitori, sinteza hitinaza, fitoaleksina i oksidativni prasak11) salicilna kiselina (SA)?12) strigolaktoni?

Prvih pet grupa biljnih hormona predstavljaju klasičnu petorku, prvi su oktriveni i najviše su ispitivani.Brasinosteroidi i jasmonati su takozvane nove grupe, otkrivene krajem dvadesetog veka ali se i dan danas o njima mnogo manje zna nego o klasičnih pet grupa hormona.Ostale grupe su kandidati za biljne hormone. Učestvuju u sistemima u odgovoru na anabiotički stres, npr. napad herbivornih insekata ili životinja.

3

Oligosaharini su produkti raspadanja ćelijskog zida. NEMA U KNJIZI. Izazivaju sintezu hitinaza, fitoaleksina koji sprečavaju rast patogena i oksidativni prasak – sinteza ROS-a.

Kandidati za biljne hormona su supstance za koje se zna da imaju određene efekte koji se mogu pripisati hormonima, ali ne postoji konsenzus među istraživačima da su to biljni hormoni. Još se nismo dogovorili da se npr. poliamini mogu smatrati hormonima. Tu postoje određeni kriterijumi da bi se određena grupa organskih jedinjenja nazvala hormonima. Oni sigurno imaju efekte na funckionisanje biljke; deluju kao signali ali još uvek ne postoji konsenzus. Vrlo često ćete naći da ljudi koje se recimo bave stresom kod biljaka pominju da je salicijalna kiselina hormon. To je sada lični stav tih ljudi; to nije prihvaćeno.

II Klasifikacija biljnih hormona prema značaju za biljke (nema je u udžbeniku)

1) Esecijani biljni hormoni su samo auksini i citokiniTo su oni hormini bez kojih biljka ne može da živi. Do danas nisu poznati, tj. posle sto godina istraživanja nisu otkriveni mutanti koji ne mogu da proizvedu auksine ili citokinine. Ne postoje zato što je mutacija letalna ili postoje, ali mi ne možemo da ih otkrijemo, a to je već druga stvar jer recimo za citokinine 90% sam sigurna da ne postoje, zato što je mutacija letalna. Šta je u osnovi njihove esencijalnosti, odnosno njihovo velikog značaja za biljke? Njihov osnovni efekat je regulacija ćeliskog ciklusa. Zajedno oni određuju da li će doći do deobe ili ne.

2) Neesecijalni biljni hormoni su sve ostale grupe biljnih hormona. Zašto su neesencijalni? Zato što je za njih poznat ogroman dijapazon mutanata; onih koji ne mogu da ih proizvedu, oni koji proizvode hormone u manjim količinama, oni koji nisu osetljivi na njih - receprtori su im poremećeni. Oni se nazivaju neesencijalnim zato što biljka može da preživi bez njih, iako ne izgleda niti funkcioniše normalno.

III Klasifikacija biljnih hormona prema opštoj/osnovnoj/najbitnijoj funkciji

1) Biljni hormoni čija je osnovna funkciija regulisanje procesa rastenja i razvića (auksini, giberelini, citokinini , brasinosteroidi , strigolaktoni ); sve grupe biljnih hormona utiču na rastenje i razviće, odnosno stimulišu i inhibiraju neke biološke procese, međutim ovim hormonima je to primarna uloga

2) Biljni hormoni koji imaju ulogu u reakcijama biljaka na povrede, abiotički i biotički stres (apscisinska kiselina, etilen, jasmonati, salicilna kiselina) – “hormoni stresa” Njihova najbitnija funkcija je u odbrani od stresa; to ne znači da u mehanizmu odbrane od stresa nisu ukljuceni i ostali hormoni

Ove dve grupe učestvuju i u rastu i razviću i u odbrani od stresa samo što je za prve primarna funkcija regulacija rastenja i razvića, a za hormone stresa je primarna funckija u odbrani od stresa.

Razni procesu u toku života biljke koji su pod kontrolom fitohormona. Neki od njih su

4

1. Embriogeneza , 2. Dormancija semena ( aba ) , 3. Klijanje semena - GA , 4. Rastenje , 5. Grananje - IAA , 6. Razvoja cvetova , 7. Oprašivanje i oplođenje , 8. Sazrevanja plodova - etilen .

Bez obzira na to što mi biljne hormone delimo na grupe; klasifikujemo na ovaj ili onaj način činjenica je da biljka u jednom momentu ima sve ove hormone koji su ovde navedeni; tj. sintetiše ih. Jedina razlika je što u različitim fazama svog života, u različitim reakcijama, spoljašnjim uslovima, fazama razvića taj odnos pojedinačnih grupa biljnih hormona nije isti. Biljka je u stanju da menja odnose hormona i u principu za biljke, kao i za sve ostale žive organizme - višećelijske, nije toliko bitno kolika je količina - endogeni nivo određenog hormona, nego kakav je odnos te grupe hormona sa ostalima. Drugim rečima, biljni hormoni su međusobno u interakciji; utiču jedni na druge - međusobno su povezani – krostok. Pobuđivanje jednog biljnog hormona sigurno može da ima uticaj i na druge biljne hormone. Na koji način je već druga priča. Njihova među interakcija predstavlja najveće interesovanje za istraživanje.

Bitno: Biljni hormoni su samo prirodne supstance, tj.supstance koje biljke same mogu da sintetisu. Postoje sintetičke supstance, slične ili različite hemijske prirode u odnosu na prirodne hormone, koji imaju iste efekte kao i prirodni hormoni ali njih biljke ne mogu da sintetišu. Ne možete ih nazvati sintetički biljni hormoni; oni su regulatori rastenja. Za njih koristite samo izraz regulatori rastenja. Biljne hormone koje sintetiše biljka možete nazvati biljne hormone i regulatore rastenja ali obrnuto ne važi; sintetičke ne možete nazvati biljnim hormonima.

5

Osobine biljnih hormona (bice na ispitu sigurno, nema u udžbeniku)

1. Plejotropni efekti Prvi ili jedan od važnijih efekata je plejotropni efekti. Pod plejotropnim efektom se podrazumeva da jedna grupa biljnih hormona reguliše istovremeno više fizioloskih procesa. Plejotropni efekat se sastoji u tome da jedna grupa biljnih hormona stimuliše ili inhibira istovremeno različite fiziološke procese rastenja i razvića, pri čemu u svim tim procesima efekat ne mora uvek da bude stimulatoran. U nekim procesima ta grupa hormona ima stimulatorni efekat, u nekim drugim procesima ima inhibitoran efekat. Tip plejotropni efekat zavisi od procesa i grupe hormona.

2. Redundantnost Jedan isti fizioloski proces u jednom momentu reguliše istovremeno više grupa biljnih hormona.U takvom slučaju imaju dve mogućnosti: 1. ili te različite grupe hormona deluju nezavisno 2. ili međusobno interaguju.

Kada interaguju, interakcije biljnih hormona mogu biti: 1. sinergizam 2. antagonizam.

Sinergijsti su oni hormoni koji deluju na isti način. Za sinergizam je karakteristično to da kada imate sinergističku interakciju krajnji efekat (npr. dužina biljke) nije prost zbir pojedinačnog delovanja svake od te dve grupe hormona, nego dobijate nešto između ili po neki put veće izduživanje od zbirnog efekta dve grupe. Agonisti ili simetristi su hormoni koji se nalaze u sinergističkoj interakciji. Antagonizam – kada hormoni imaju suprotan efekat i krajnji efekat nije prost zbit pojedinačnih efekata, nego dobijamo nešto između. Pr. ABA (inhibira izduživanje) i giberelin ( stimuliše izduživanje ). To je slučaj kad ima interakcije između biljnih hormona. Kad nema interakcije; kada deluju nezavisno dve ili više grupa biljnih hormona onda je prisutan aditivni efekat. Zbir pojedinačnih reakcija svakog pojedinačnog hormona, onda znate da oni deluju nezavisno, nema interakcije. Pr. Jedan hormon utiče na rast, drugi inhibira i ond anjihov zbir daje krajnji rezulat.

3. Aktivni u malim (fiziološkim) koncentracijamaBiljni hormone deluju u malim ( fiziološkim ) koncentracijama ( ≤10-9; nM ) s tim što reaguju u 2-5 redova veličina (od 10-6 do 10-12, od mikromolarnog do pikomolarnih redova veličina). Kod životinja su rasponi koncentracija u okviru kojih deluju uži, tj.hormoni su specifičniji.

4. Sintetisu se na razlicitim mestimaBiljni hormoni se sintetišu na različitim mestima; ne postoje specijalizovani organi koji sintetišu biljne hormone, ne postoji endokrini sistem, biljni hormoni ne moraju nužno da se transportuju provodnim sudovima. Biljne hormone sintetišu različita tkiva ,od meristemskih do diferenciranih .

6

Ciljno tkivo (tkivo koje reaguje na hormon; ima receptore za taj hormon) kod biljaka takođe postoji. Ciljna tkiva ne moraju da budu udaljena od mesta sinteze (potpuni ekstrem je etilen, biljni hormon, koji ima efekat na mestu gde se sintetiše, zato što je gasovit, lako difunduje). Ciljna tkiva biljaka se nalaze blizu mesta gde se sintetišu.

5. Efekat u regulaciji fizioloskih procesa moze biti stimulatoran ili inhibitoran Za biljne hormone je karaksteristično da stimulatoran ili inhibitoran efekat je prisutan samo u određenom opsegu koncentracije hormona. Postoji donja i gornja granica. Pri manjim, ispod opsega koncentracijama nema efekta, dok pri većim može imati suprotan efekat ponekad – inhibitorni (ako se konc.poveća iznad gornje granice).

6. Fizioloski efekti biljnih hormona su specificni za fiziolosko stanje, tj.fazu u razvojuFiziološki efekti biljnih hormona su specifični sa fiziološkog stanovišta za fazu razvoja, odnosno nisu sva tkiva u svakom momentu osetljiva na određene grupe biljnih hormona. U određenim fazama razvića se sintetišu receptori za određene hormone. Receptori vezuje hormone i od količine vezanog hormona, zavisi i reakcija. Koliko će neko tkivo biti osetljivo na neki biljni hormon zavisi od prisustva i zastupljenosti receptora (koji mogu biti na membrani ili unutar ćelije), pri čemu postoji specifičan odnos između osetljivosti tkiva i koncentracije hormona koji izaziva određeni odgovor.Pitanje na testu: Šta znači osetljivost tkiva? Imate jednu grupu hormona i imate dva tkiva. Koje je tkivo osetljivije?

Osetljivije je ono tkivo kod koga se maksimalan efekat izaziva nižom koncentracijom hormona. Osetljivost tkiva i koncentracija hormona koju je potrebno primeniti da bi se dobio pun fiziološki efekat je obrnuto proporcionalna (više receptora, manje hormona je potrebno da izazove efekat).

7. Mehanizam delovanja hormona zavisi od položaja receptora u ćelijama. U zavisnosti u kom procesu, na koje ćelije deluje, apscisinska kiselina se moze vezati za receptore na membrane ( zatvaranje stoma ) ili unutar ćelije. Nije isključiv njihov položaja, a mehanizam zavisi od položaja receptora. Znači bitan je položaj receptora.

Kod biljaka, kao i kod životinja, postoje procesi 1. Recepcije signala, 2. Provođenje (transdukcija) signala 3. Proces fiziološke reakcije.

Postoje ciljne ćelije, ćelijska kompetencija - sposobnost reakcije na hormon, koja zavisi od receptora.Hormoni se računaju kao hemijski signali. Pod recepcijom signala podrazumeva se vezivanje hormona za specifične receptore. Receptori mogu biti na membranama ili unutar ćelije ili i na jednom i na drugom mestu zavisno od procesa. O procesu percepcije signala se ne zna sve, ali se svakako zna više nego o provođenju.

7

Provođenje signala podrazumeva, kod biljaka, raznorazne fosforilacije, defosforilacije, interakcije sa enzimima, kaskadne procese kao kod životinje. Dešava se nešto na biohemijskom nivou. O fiziološkim procesima se najmanje zna. Fiziološka reakcija je zapravo rezultat primanja i provođenja signala. U suštini to predstavlja makro rezultat – biljaka se izdužila , otvorila stome, zatvorila stome itd. Međutim, u osnovi tih procesa, koje možete pratiti na makro nivou (tzv. golim okom), se nalaze samo dve mogućnosti. Jedna je:

1. Promena ekspresije određenih gena , 2. Direktan efekat na biohemijskom nivou, npr. interakcija sa određenim enzimima, koji

se odražava na određene procese rastenja ili razvića ( pr. otvaranje i zatvaranje jonskih kanala ).

Imate ovde kod provođenja signala, fosforilaciju i defosforilaciju proteina, proteolizu pojedininih procesa koji se dešavaju. Efekti koji se dešavaju dalje niz put provođenja signala; transkirpcija ili promena ekspresija gena a opet ono što se dešava na biohemijskom nivou to su tzv. negenomski efekti,odnosno regulacija rada jonskih kanala i drugih transportera.

Šta se podrazumeva pod hormonalnom homeostazom? (takođe moguće pitanje na testu, nema u knjizi) Podrazumeva se regulacija endogenog nivoa - koncentracije hormona. Kad kažete hormonalna homeostaza to se uglavnom odnosi na sve hormone. Međutim, u literaturi i istraživanju se koristi citokininska homeostaza, auksinska homestaza; akcenat je na regulaciji jedne grupe hormona. Kao što je rečeno, hormoni su međusobno povezani (nivo jednog hormona može uticati na promenu druge grupe biljnih hormona). Komplikovano je pratiti na nivou svih hormona istovremeno, ali homeostaza podrazumeva regulisanje endogenih i ostalih hormona koji su prisutni kod biljaka.

8

Šta utiče na hormonalnu homeostazu? Utiču različiti procesi:

1. Tonosinteza; biosinteza hormona, u uglastim zagradama je koncentracija hormona,

2. Metabolizam; razgranja hormona3. Transport hormona, na veće ili manje udaljenosti4. Konjugacija; vezivanje drugih hormona, pri čemu nastaju hormonski konjugati

Treba zapamtiti da hormoni imaju fiziološki efekat samo i jedino u slobodnom stanju. Međutim oni mogu postati bitni u vezanom stanju, pri čemu moraju da se oslobode iz tog vezanog stanja da bi mogli da obave svoju fiziološku funkciju. Samo oni koji su u slobodnom obliku se vezuju za receptore. Hormoni mogu da se vezuju za različita jedinjenja ( šećere, aminokiseline, masne kiseline ) i pritom nastaju hormonski konjugati. Ti hormonski konjugati mogu da se transportuju duž biljke ( sa jednog mesta na drugo ), a mogu i da se deponuju u kompartmentima; najčešće su to vakuole. Većina hormonskih konjugata se reverzibilno vezuje, odnosno neki od tih konjugata služi kao rezerva iz koje može biljka, kad joj zatreba, da izvuče hormon u slobodnom obliku ( razgradnjom hemijske veze se oslobađaju ).

Pune linije su mesta gde znamo sigurno da se dešava regulacija homeostaze. Šta to znači? To znači da ova sinteza podrazumeva niz reakcija koju katalizuju neki enzimi, tako da regulacijom te enzimske aktivnosti (ne baš svih enzima ali ključnih enzima) je moguce da se regulise sinteza, a onda od toga zavisi koncentracija endogenog hormona. Isto tako mogu se regulisati enzimi koji vrše razgradnju hormona. Mogu se kontrolisati enzimi koji razlažu konjugaciju ili sintetišu.Isprekidane linije pokazuju da još nije sigurno da li se dešava regulacija vezano za hormonski konjugate. Bitno je da znate da ima više procesa (mada to takođe nismo sigurni) koji utiču na homeostazu.

9

naliza biljnih hormona (neće biti na testu).

Fiziološki efekti pojedinih grupa biljnih hormona

AUKSINI

Prvi su otkriveni krajem 19, početkom 20 veka. Na slici – koleoptil osvetljen sa jedne strane, savija se ka svetlosti, a dekapitacijom ili zamračenjem, tako da svetlost ne može precipitirati, neće doći do savijanja.

Drugi eksperiment je rađen tako što je prekidana ( pp. signal primljen vrhom se putem hemijskog jedinjenja prenosi od vrha ka bazi koleoptila, gde dolazi do reakcije) liskunskom pločicom veza vrha i baze i izmešanjem vrha, dobijani su rezultati.

Na kraju je Frits Went uradio ključni eksperiment, tako što je dekapitovao koleoptile, stavljao vrhove na agarni blok, da bi ono što se sintetisalo difundovalo u njega, stavljao je seckane agarne blokove na koleoptil i držao ih u mraku i to sa jedne strane i na stranu gde nema bloka je dolazilo do savijanja (sa suprotne strane) i ugao savijanja je bio proporcionalan broju vrhova koji su stavljani na agar tj. Ako je veća koncentracija sintetisane supstance, veće je bilo i savijanje.

10

Kriva prikazuje opseg osetljivosti koleoptila na odrđenu hemijsku supstancu - auksin

Ovim testom se dokazuju auksini. On je na ovaj način fiziološki izolovao supstancu, iako je biohemijski nije okarakterisao i identifikovao. Konstatovao je da se transportuje zamračenom stranom u određenom smeru i izaziva savijanje koleoptila.

Savijanje se dešava tako što se jedna strana izdužuje od druge tj.ćelije se na jednoj strani više izdužuju i to zavisi od koncentracije auksina. Koleoptil koji raste na difuznoj svetlosti, koleoptil sintetiše auksin, ali se on u svim stranama isto transportuje i onda je on prav.

Auksein – povećavanje, rast (značenje reči). Auksin stimuliše izduživanje ćelija .

IAA je prvi sintetisan auksin. Pri izolovanju auksina, ne bi trebalo dirati rukama biljke zbog znoja, jer se mogu dobiti lažni rezultati. Prirodni je i glavni auksin. Nalazi se kod svih biljaka, nižih i viših. Mesto njegove sinteze su apikalni delovi stabla i korena, mladi listovi, plodovi koji rastu. To je indolno jedinjenje (sa sistemon nezasićenih dvogubih veza), i ostatak sirćetne kiseline.

Fiziološki efekti auksina (bitno je da se zna):

Uopšteno, procesi koje auksini stimulišu su rastenje, zatim fototropizam i gravitropizam (pokreti biljaka izazvani svetlošću, odnosno silom zemljine teže), grananje, odnosno apikalnu

11

dominaciju, zatim embrionalno razviće i, najzad, organogenezu, ali ne bilo kojih organa već, zapravo, rizogenezu (grananje - razviće adventivnih korenova).

1. Stimulacija izduživanja ćelija

Osnovna funkcija auksina, ono što je dokazano Went Avena testom, jeste stimulacija izduživanja ćelija koleoptila pri čemu je opseg osetljivosti između 10-3 -10 μg/ml. Ova količina je osnovni kriterijum proglašavanja bilo koje supstance auksinom. Iznat 10 mikrograma, imaju suprotan efekat – inhibiraju izduživanje. Obratite pažnju da ovi hormoni stimulišu izduživanje na ćelijskom nivou (ćelija koleoptila ovsa), dakle na nivou samih ćelija. To je vrlo važno zapamtiti budući da neki drugi hormoni svoje dejstvo ostvaruju više na nivou intaktne biljke ( GA3). Znači, auksini su specijalizovani da utiču na izduživanje ćelija i to najčešće na odsečcima određenih organa, a u ovom slučaju koleoptila.

Taj Went Avena test je najbolji način da se utvrdi da li određena supstanca ima auksinski efekat. Postoje različite veštačke supstance koje, ukoliko u ovakvom jednom testu izazovu izduživanje ćelije koleoptila, bivaju automatski svrstane u supstance koje imaju auksinsku aktivnost.

Važno je imati na umu da različiti biljni organi imaju različitu osetljivost prema auksinima (bitno je da se zna, kao i grafik).

12

Pošto je efekat auksina koncentraciono zavistan, ovde na ovom grafiku se jako lepo vidi koji su to opsezi osetljivosti različitih organa na auksine. Imamo uvek max koncentraciju auksina neophodnu za izduživanje, ali su krive različite za različite organe. Ono što je bitno jeste da je maksimalna doza za izduživanje korenova 10-11. Za pupoljke je nešto viša koncentracija koja

ima max efekat, a najviša je za stablo.

Drugim rečima, iz ovoga se može zaključiti da su stabla zapravo najmanje osetljiva na auksine, a da su najosetljiviji upravo korenovi na izduživanje, jer više doze izazivaju veće izduživanje kod stabla.

Zašto?

Zato što maksimalni efekat izduživanja kod korena ostvarujete nižim dozama nego što su to doze koje dovodite do maksimalnog efekata kod stabla. Dakle, iste koncentracije auksina kod različitih organa će imati različite efekte. Ako povučemo tu max koncentraciju kod korenova će delovati inhibitorna, kod pupoljaka će delovati stimulatorno, ali malo. Ovo se dešava zbog različite osetljivosti tog organa na tkiva, a to je zbog toga što ćelije korena i ćelije stabla imaju različite količine receptora za ove hormone. Zapamtite, uvek je broj receptora taj koji određuje osetljivost nekog organa za hormon.

2. Efekat na ćelijsku deobu

Dalje, auksini imaju efekat na ćelijsku deobu i to tako što dovode do sinteze cdc-2 proteina, a to vam je zapravo ciklin zavisna kinaza (CDK). Oni izazivaju sintezu ovog proteina, ali on neće biti funkcionalan dok citokini ne izazovu sintezu citokinina. Samo sa citokininima, auksini indukuju ćelijsku deobu.

3. Rizogeneza – indukcija adventivnih korenova

Zatim, pored ovoga, auksini indukuju rizogenezu (razviće adventivnih korenova). Ti adventivni korenovi su funkcionalno identični pravom korenu (primordije se nalaze na stablu i kada se auksinom stimulišu na deobu, diferenciraju se i daju tkivo korena, iako se nalaze na stblou), ali ne nastaju na isti način, nije im isto poreklo kao glavnom korenu.

13

Na slici je prikazana reznica, prikazana je normalna biljka i i biljka sa isečenim korenom, ako se bazalni kraj uroni u vodeni rastvor, čak i bez mineralnih materija, razviće se koren – spontana rizogeneza. Auksini koji ovo stimulišu su poreklom iz vrha biljke.Neke biljke nisu sposobne za spontano oživljavanje ( ne sintetišu dovoljne količine auksina ), pa se njima mora dodati u rastvor i auksin u određenoj, optimalnoj koncentraciji ) u cilju razvijanja još boljih korenova – indukovana rizogeneza.

Na slici je prikazan A.thaliana (wt) i mutant kod koga je poremećeno nešto u biosintezi auksina ili recepciji auksinskog signala, pa oživljavanje i nije baš najbolje.

Auksini podstiču izduživanje korenskih primordija, a samim tim i razviće adventivnih korenova.

4. Diferencijacija ksilemskih elemenata stablu i korenu

Zatim, auksini utiču na diferencijaciju provodnih elemenata, naročito podstiču razviće ksilemskih elemenata u stablu i korenu – provodnih tkiva. Na diferencijaciju provodnih elemenata pored auksina utiču i giberelini, međutim auksini svoje efekat više ostvaruju na razviće ksilemskih, dok giberelini podstiču diferencijaciju floemskih elemenata.

5. Korelativna inhibicija mirujućih pupoljaka – apikalna dominacija

Dalje, auksini imaju glavnu ulogu u korelativnoj inhibiciji, tj. jednoj vrsti inhibicije koja se naziva apikalna dominacija. Apikalna dominacija određuje formu biljaka. To je pojava da dok god postoji vršni pupoljak, inhibirana je pojava bočnih, tako da zapravo nemamo grananje.

Auksini se sintetišu u vrhu i dok god oni postoje, transportuju se bazipetalno, od vrha ka bazi i nema razvoja bočnih pupoljaka, postoji korelativni odnos vršnog na bočne pupoljke i to po tipu inhibicije – apikalna dominacija.

14

6. Funkcija transporta – nejednakog lateralnog, od kog zavise fototropski i gravitropski pokreti, savijanje ka svetlu i rast u smeru zemljine teže

7. Stimulacija razvoja sočnih plodova – jagode ( u orašicama - plodu se sintetišu auksini, razrasta cvetna loža i razvija se plod od nje, u cilju rasejanja orašica). Ovo je korelativna stimulacija razvoja cvetne lože.

8. Determinacija ženskog pola kod cvetova kod Cucurbitaceae .

Apikalna dominacija je u različitom stepenu izražena kod različitih biljaka. Sunsokret ( Heliantus anuus ) nikada nije granat, ima samo jednu vršnu cvast. To je apsolutna apikalna dominacija. Dok je bendžamin žbunasta forma, kod koje gotovo ne postoji apikalna dominacija.

Četinari svoju formu duguju apikalnoj dominaciji (bočne grane koje su bliže vrhu su kraće, a one koje su dalje od vrha su duže). Auksini se sintetišu u vrhu i kada odstranite vršni pupoljak onda ste uklonili auksin, nema više apikalne dominacije i počinje razvoj bočnih grana (bočnih pupoljaka). Ako se to uradi i spolja se doda auksin, neće doći do razvoja bočnih grana.

Smatra se da apikalna dominacija ima veze sa snabdevanjem bočnih pupoljaka mineralnim materijama. Odnosno, kad god imate normalan vrh koji sintetiše auksine i dok

15

god se ti auksini trasportuju od morfološkog vrha ka morfološkoj bazi, imate neku vrstu gradijenta auksina duž biljke. Taj gradijent određuje da bočni pupoljci koju su bliž vrhu gotovo uopšte ne dobijaju minaralne materije i oni se ni ne razvijaju ( Citokinini su antagonisti,deo biljke koji ih sadrži predstavlja uvir ).

Druga grupa hormona koja ima uticaja na apikalnu dominaciju su citokinini. No, uloga auksina je glavna. Citokinini deluju lokalno, njihova uloga je sporedna a auksini imaju sistemsku ulogu, ulogu na nivou cele biljke. Ako bi spolja dodali citokinine, ne bi imalo efekta na celu biljku, dobilo bi se izduživanje bočnih grana. Oni su antagonisti auksina u ovom procesu, pri čemu deluju lokalno, dok auksini deluju sistemski, na nivou cele biljke.

Apikalna dominacija pored vrste, zavisi i od fiziološkog stanja biljke i starosti, menja se u toku života biljke. Grašak ( Pisum sativum ) nakon sedam dana nije granat, zatim počinje da se grana. Sa starošću slabi apikalna dominacija.

Auksini utiči i na fototropsko i gravitropsko savijanje biljka (onaj koleoptil, to vam je fototropski pokret).

Zatim, stimulišu razvoj sočnih delova ploda, ali ne kod svih vrsta. Primer takvog uticaja auksina sreće se kod jagode ( F.vesca ). Ono što mi jedemo kod jagode nije plod već cvetna loža. Plodovi su one sitne orašice i u njima se sintetišu auksini koji dovode do toga da razraste cvetna loža, da se sintetišu određeni pigmenti i da zapravo dobijete jagodu. To je primer korelativne stimulacije gde plod utiče na razvoj cvetne lože. Poenta takvog sazrevanja plodova je da budu pojedeni i rasejani.

Apikalna dominacija je korelativna inhibicija, dok je ovo korelacija po tipu stimulacije. Kada se orašice uklone, nema razvoja ploda, a ako se auksin doda, dobija se jagoda bez semenaski – partenogenetski plod.

16

Dalje, auksini determinišu razviće ženskog pola kod cvetova iz familije Cucurbitaceae.

Kada se hermafroditne biljke prskaju auksinom, većina prelazi u ženski pol, tako da on determiniše ženski pol. Ovo nije opšte pravilo ( GAn muški ).

Drugi auksini

Prirodni auksin je indol sirćetna kiselina (IAA). Prirodni auksin je takođe i indol - buterna kiselina koja ima indolno jezgro, ali kao bočni lanac ima buternu kiselinu. Prirodni auksin je i indol propionska kiselina, indolglikolna kiselina, takođe. Kod graška se nalazi 4 – hlorindolsirćetna kiselina ( što je retko, jer je hlor jako reaktivan ).

Osim indolnih jedinjenja, u auksine se ubrajaju i neka jedinjenja koja imaju fenolni prsten umesto indolnog, i onda je to fenilsirćetna kiselina.

Prekursor za indolni prsten je aminokiselina triptofan, a prekursor za fenolsirćetna jedninjenja je aminokiselina fenilalanin.

Osim ovih prirodnih, postoji čitav niz sintetičkih auksina. Oni se dele prema tome šta im je u prstenu. U njih ubrajamo indolne derivate ( IAA i IBA ne moraju biti prirodnog porekla, mogu se dobiti i sintetičkim putem ), naftalinske derifati, naftoksi derivate, fenoksi derivate, benzoeve derivate. Svi ovi sintetički auksini imaju jaču aktivnost od prirodnih derivata.

17

To je zbog toga što biljke ne poseduju enzime koji bi mogli da razgrade ova jedinjenja. IAA ne deluje na njih. Dakle, oni duže ostaju u biljkama i imaju veći auksinski efekat od prirodnih derivata. Sintetički auksini imaju veliku primenu.

2, 4 D je jak sintetički auksin.

IBA deluje kao inhibitor polarnog transporta auksina. To su jedini biljni hormoni koji se transportuju polarno – bazipetalno, od morfološkog vrha ka bazi.

Imaju veliku primenu. Primenjuju se kao herbicidi (zato što za enzime koji učestvuju u katabolizmu auksina sintetički auksini nisu supstrati, IAA oksidaza). Uništavaju širokolisne korove. A takođe su upotrebljavani i kao bojni otrovi - antidesikant. Većina njih se koristi za gajenje biljaka na veštačkim podlogama i za dobijanje kalusa npr. u kulturi in vitro. Deluju na dikotile, ali ne i na monokotile.

Biosinteza auksina

Postoji više puteva biosinteze auksina. Kod viših biljaka postoje najmanje četiri puta biosinteze auksina čiji je prekursor aminokiselina triptofan i jedan alternativni put koji je nezavisan od ove aminokiseline. Ne treba učiti hemiju. Bitno je da znate da postoji više alternativnih puteva i da kod bakterija postoji pseban put biosinteze auksina. Enzimi su manje-više slični u svim tim putevima, ali opet dovoljno različiti da se razlikuju biosintetički put u bakterijama i različitim biljkama.

Ti putevi ne funkcionišu u istim ćelijama istovremeno, već postoje vrste kod kojih preovladava jedan put i vrste kod kojih se u nekim tkivima odigrava jedan biosintetski put, dok se u drugim tkivima odigrava drugi put. Svi putevi postoje u knjizi, ali se ne mora znati pojedinačno svaki od puteva. Zbog više različitih puteva biosinteze auksini ne poseduju mutante.

Prvo se dešava dekarbokasilacija, pa dezaminacija u prvom, u drugom je obrnuto, dezaminacija ide prvo, a zatim karboksilacija, kod trećeg ide preko indol – 3 acilaldoksima. Sve se stiče u intermedijeru koji se oksidiše, nastaje IAA. U reverzibilnom procesu može nastati indol – buterna kiselina. Jedan put postoji samo kod Brasicaceae (fam kupusa).

18

Čak i triptofan ima neku slabu auksinsku aktivnost, ali se jako mali deo Trp ove aminokiseline prevode u indol sirćetnu kiselinu.

Alternativni put biosinteze auksina je nazavisan od triptofana. Međutim, ono što je važno primetiti jeste da istim tim biosintetskim putem nastaje veći broj jedinjenja koji su značajna za funkcionisanje biljaka. Nastaju pigmenti – betalaini cvekle, flavonoidi (takođe pigment), kumarinska kiselina (ima uticaj na aktivnost jednog od enzima u katabolizmu auksina), aminokiseline (tirozin i fenilalanin), akaloidi, lignin. Imamo gomilu jedinjenja bitnih za biljku.

19

Vezani (konjugovani) oblici auksina uglavnom se formiraju tako što se auksini vezuju ili za glukozu ili za šećerni alkohol inozitol ili za asparaginsku kiselinu ili lizin.

Veze su, naravno, drugačije. Kada se vezuju za glukozu, mora da se nagradi estarska veza (ta veza se lako raskida). Takav kompleks služi kao rezerva auksina, pul budući da se iz njega auksin lako povlači.

Veze auksina sa amino-kiselinama su daleko stabilnije i nije ih lako raskinuti. Slična je peptidnoj vezi. Smatra se da ovakvi oblici vezivanja auksina služe za njihovo trajno uklanjanje iz homeostaze.

Dakle, ovi oblici služe za detoksikaciju biljnog organizma od auksina. Primer – prskanje biljkom auksinom. Biljka sama kontroliše njegovo uklanjanje na ovaj način.

Treća funkcija vezanih oblika može da bude transportna. Glukobrasicin i neoglukobrasicin, javljaju se samo kod kupusa.

Estri indol sirćetne kiseline uglavnom služe ili za transport ili kao rezerva slobodnog auksina. Pošto oni nisu supstrat za delovanje IAA oksidaze, smatra se da služe i za zaštitu auksina od degradacije.

Katabolizam indol 3 – sirćetne kiseline

Katabolizam indol sirćetne kiseline dešava se u oksidativnim reakcijama i to na dva mesta, ili u indolnom prstenu ili u bočnom lancu.

IAA oksidaza radi upravo na bočnom lancu. Smatra se da u IAA oksidaze spadaju i peroksidaze ( to su enzimi koji štite biljku od reaktivnih kiseonišnih vrsta - ROS).

Indolna jedninjenja nisu samo podložna oksidaciji već i fotodestrukciji (osetljiva su na svetlost). Pigmenti koji verovatno učestvuju u fotodestrukciji su flavonoidi i karotenoidi, čiji je max apsorbcije u plavom delu spektra.

Delovanje IAA oksidaze je mesto na kojem se reguliše homeostaza auksina. Zna se sigurno da postoje aktivatori i inhibitori enzimske aktivnosti ove grupe enzima i to da su i jedni i drugi iz grupe fenola.

20

1. Monofenoli ( u njih spada kumarinska kiselina ) su aktivatori IAA oksidaza, znači da doprinose razlaganju auksina i smanjenju njihovog nivoa u tkivima, povećavajući aktivnost IAA oksidaze.

2. Nasuprot njima, difenoli (kafeinska kiselina) i polifenoli su inhibitori IAA okisidaza. Oni sprečavaju aktivnost enzima, pa je razgradnja auksinske kiseline manja.

Šta to čini auksin auksinom, odnosno šta je to potrebno njegovoj hemijskoj strukturi da bi imao hormonski efekat ? Kako to da toliko veliki broj jedinjenja ima auksinski efekat.

Smatra se da su bitni aromatični prsten ( indolno, fenolno jezgro …) ili heterociklični prsten i dužina bočnog lanca. Taj lanac ne može biti beskonačno dug. Uslovi za fiziološku aktivnost su da je prsten nezasićen ( sistem konjugovanih veza ), a da u adekvatnoj prostornoj konformaciji. Indol 3 - sirćetna kiselina, kao molekul, ima dva naelektrisanja. Pozitivno naelektirsanje je u indolnom prstenu, negativno na lancu. Rastojanje između negativnog i pozitivnog naelektisanja mora da bude tačno 0.55 nm jer je to udaljenost između dva aktivna mesta za vezivanje za receptor. Tada se auksin može vezati za receptor ( TIRI 1) i može imati auksinsku funkciju.Antiauksini nisu inhibitori auksina. To su supstance koje su strukturno slične auksinima, ali smanjuju njihove fiziološke efekte. Oni ne mogu da se vežu za ona dva mesta na receptoru za auksin. Vežu se za jedno mesto, za drugo ne mogu i time zauzmu mesto auksinu i on ne može da se veže i obavi svoju biološku funkciju. To su kompetitivni inhibitori. PCIB. Povećanjem količine auksina spolja, ovaj inhibitor se može ukloniti.

Mehanizam dejstva nije potreban. Ako imamo gene koji regulišu rastenja biljke – arabidopsisa. Kada auksina nema, geni su zaključani i nema transkripcije. Auksin se vezuje za TIRI 1 –auksinski receptor. Dolazi do transkripcije i izduživanja arabidopsisa.

Polarni transport auksina

Polarni transport auksina je njihova izuzetno bitna osobina. Nijedna grupa hormona koja je do sada poznata nema polarni transport. Taj transport je bazipetalan. Znači, transport da se ne odvija odozgo nadole, već od morfološkog vrha ka morfološkoj bazi. To je jako bitno upamtiti zbog situacije koju imamo u korenu. Vrh korena se nalazi dole, a baza korena je gore, blizu stabla. U njemu se auksini sintetišu u vrhu korena i trasportuju nagore, ali je to još uvek bazipetalno (ka morfološkog vrha ka morfološkoj bazi).

Polaran transport auksina se može dokazati tako što se uzmu odsečci hipokotila, pazi se gde je vršni, a gde bazalni kraj, pa se onda oni ograniče dvama agarskim blokovima (jedan je donorski, drugi recipijentski blok). Na donorski blok se nanese indol sirćetna kiselina radioktivno obeležena i gleda se da li će se IAA pojaviti u receptorskom bloku. To se dešava jedino i samo kada se donorski blok stavi na apeks. Ako se stavi na bazalni, neće doći do transporta auksina.

21

Mehanizam polarnog transporta

Postoje u svim udžbenicima ove slike.Polarno se transportuju isključivo slobodni auksini i to ne svi već slobodne IAA i IBA i to kroz parenhimsko tkivo stabla, kroz parenhimske ćelije. U korenu se indol sirćetna i indol buterna kiselina transportu kroz tkivo ćelijama korteksa i epidermis, na isti način.

Još uvek se ne zna kako se menja transport na prelasku iz korena u stablo. Postoji par modela. Pr. je model fontane. Floem transportuje vezan oblik u korenu, a zatim se slobodni transportuju nagore.

Vezani oblici auksina mogu da se transpotruju floemskim elementima. Ksilemskim retko.

22

Polarni transport je moguć zahvaljujući proteinima koji se nalaze u membranama parenhimskih ćelija stabla. Ćelijski zid ima pH 5, a citoplazma ima pH 7. Imamo niz ćelija. Kada se auksini nađu u ćelijskom zidu, oni su (pošto su kiseline) u nedisosovanom stanju na pH 5. Pošto je to mali molekul, nedisosovan, nenaelektrisan, može lako da prođe kroz membrane difuzijom. ( Mogu da uđu bilo gde difuzijom samo ako su u nedisosovanom obliku molekuli indol sirćetne kiseline ).

Naravno, nikad nije sva IAA u nedisosovanom obliku, jedan mali deo je disosovan i on nosi neko negativno naelektrisanje. Ta negativno naelektrisana IAA takođe može da uđe bilo gde u parenhimsku ćeliju, ali za to su potrebni prenosioci ( kotransporteri, prenosioci ). P - ATPaza izbacuje protone u ćelijski zid, nastaje elektrohemijski gradijent (pH unutar ćelije je 7), IAA se ubacije na osnovu tog gradijenta protona.

To je pokretačka sila koja dovodi do toga da se protoni vraćaju u ćeliju niz gradijent, a zajedno sa njima i IAA. Vrši se simport. Na ovaj način se u ćeliju ubacuju samo one IAA koje su negativno naelektrisane. To je sekundarni aktivni transport i potrebna je energija, ali samo za negativno naelektrisane IAA iz ćelijskog zida.

Bilo koja indol sirćetna kiselina koja dospe u citoplazmu gde je pH 7 više nije nedisosovana, već disosuje i sada kao negativno naelektrisan molekul više nikako ne može da izađe napolje. Mogla bi da izađe, ali samo olakšanom difuzijom. Znači, IAA može bilo gde da uđe (bilo preko kotransportera, bilo difuzijom), ali da izađe iz ćelija može samo na bazalnom kraju zato što samo tu postoje neophodni proteini za čiji rad nije neophodna energija (uniporteri).

Tako da se usmerenost transporta obezbeđuje upravo položajem ovih transportera, koji su isključivo pozicionirani na bazalnom delu parenhimske ćelije. Bazipetalano je kretanje kada se gleda niz ćelija.

Jedan od inhibitora polarnog transporta je TIBA koji se direktno vezuje za ove prenosioce za efluks IAA. Postoje još i fitotropini, supstance koje indirektno inhibiraju transport, vezuju se za neki drugi protein koji se nalazi blizu tog proteina za efluks itd.

Ukoliko se spreči slobodni transport auksina, poremećeni su fototropski u gravitropski odgovor biljke, rizogeneza i još masa drugih fizioloških procesa na koje utiče auksin. Polarni transport ima smisao da se obezbedi mehanizam za odvijanje određenih procesa.

AUKSINSKI MUTANTI

Nisu poznati mutanti koji nisu sposobni da sitentišu auksine. To se objašnjava time što postoje četiri alternativna puta biosinteze auksina, verovatnoća da se desi mutacija baš na svakom putu gotovo jednaka nuli. Ako je jedan put blokiran, drugi preuzima sintezu auksina. Nisu letalni, već ih ne možemo otkriti jer jedan put kompenzuje drugi put.

Poznati su mutanti koji sintetišu povećane količine auksina- overproducers (nemamo prevod ). Svaki od ovih mutanata se odlikuje određenim fenotipom. Ovi overproduceri imaju

23

naziv „rooty“ ili „super-root“ mutanti, i kod njih je višak auksina doveo do rizogeneze po čitavom hipokotilu.

24

GIBERELINI

Otkriveni su u Japanu 1934. pred Drugi svetski rat, kao produkt patogene gljive Gibberella fujikuroi. To je patogena gljiva koja izaziva bolest pirinča, tzv. bolest ludih biljaka ( bacanae ). Te biljke su jako izdužuju, tanke su, sa manjkom pigmenta, manje mehaničkih elemenata. Bolest se manifestuje tako što biljke polegaju, pa ne se ne mogu požeti.

Čovek koji je ustanovio da filtrat podloge na kojoj raste gljiva može da izazove iste simptome bolesti bio je Kurosawa, a onda je nešto kasnije Yobuta uspeo da izoluje supstancu iz filtrata gljive i nazvao je giberalna kiselina. Nakon Drugog svetskog rata, Britanci i Amerikanci su ponovo otkrili giberiline, s tim da su ih izolovali i iz gljive i iz biljaka. Do danas je identifikovano 136 giberelina, oni su najmnogobrojnija grupa biljnih hormona. Svi oni se označavaju kao GAn gde je n broj po redosledu otkrića. Giberelna kiselina se odnosi samo na jedan giberiln, a to je GA3.Većina giberelina su kataboliti ili metaboliti i neaktivni su, slične strukture kao aktivni. Samo jedna trećina je biološki aktivna. Osnova strukture giberelina je gibanski prsten koji se sastoji iz dva šestočlana i dva petočlana prstena, plus, kod aktivnih giberelina imate laktonski prsten.

Po hemijskoj prirodi su diterpenoidi ( od GGPPi) , imaju 20 ( neaktivni ) ili 19 ( aktivni ) C atoma. Osim laktonskog prstena, imaju COOH grupu na položaju šest. Za aktivnost im je još važno prisustvo dve OH grupe u određenim položajima, ali nije apsolutno neophodno.Ima giberelina koji su aktivni, a nemaju jednu ili nijednu OH grupu ili dve.

Takođe, kad se za C2 veže OH grupa, to inaktivira giberelin, to je način za razgradnju giberelina, tada je fiziološki neaktivan i verovatno ima veze sa mestom vezivanja za receptor.

Receptori za gibereline su skoro otkriveni, još uvek se ne zna kako to vezivanje ide, ali se pretpostavlja da vezivanje OH grupe u C2 položaju položaj na giberelinu onemogućava vezivanje za receptor.

25

Ovde su dati neki aktivni giberelini, između prva dva je razlika samo u jednoj jedinoj dvoguboj vezi, isto kod GA1 i GA3. Strukturne razlike među giberelinima su veoma male i to je jedan od razloga što je za gibereline veoma teško sintetisati antitela. Kod biljaka ne postoji jedan, već čitav set giberelina, pri čemu je određeni set giberelina karakterističan za vrstu i karakterističan za određeno fizološko stanje. Menja se u različitim fiziološkim stanjima.

Fiziološki efekti giberelina

Rastenje

Klijanje semena

Podsticanje cvetanja

Determinacija pola kod nekih vrsta

Razvoj plodova

RASTENJE u vegetativnim tkivima

U vegetativnom životu biljke giberelini stimulišu izduživanje stabla. Tu se javlja razlika između auksina i giberelina, auksini podstiču izduživanje pojedinačnih ćelija, a giberelini deluju na intaktne biljke i izazivaju njihovo izduživanje. Njihov efekat je veći na intaktne biljke nego da pojedinačne ćelije.

Isto tako, za gibereline je specifično da ne postoji gornja granica - ne postoji doza giberelina koja inhibira izduživanje stabla. To je tako jer nešto što se izdužilo ne može da se skrati. Postiže se plato i ostaje na platou. U osnovi izduživanja stabla imate uticaj na izduživanje ćelija.

Šta ustvari rade giberelini, pa i auksini?

U ćelijskom zidu postoje mikrofibrile koje su u primarnom ćelijskom zidu raspoređene nasumično, u svim mogućim pravcima. Kada delujete giberelinom na ćelijski zid, onda se te mikrofibrile postavljaju transverzalno u odnosu na dužu osu ćelije ( pod uglom od 90 stepeni )

26

što omogućava izduživanje ali sprečava debljanje. Recimo citokinin radi drugo i auksin isto -mikrofibrile se postavljaju longitudinalno ( paralelno ) dužoj osi ćelije zbog čega ne može doći do izduživanja, ali dolazi do debljanja.

Orijentacija mikrofibrila zavisi od orijentacije mikrotubula i to ne bilo kojih mikrotubula, već onih koji se nalaze na graničnom sloju citoplazme uz unutrašnju stranu membrane. One menjaju svoju orijentaciju pod uticajem giberelina i drugih hormona, pa se to prenosi preko proteina kroz membranu do mikrofibrila, tako da mikrofibrili promene svoju orijentaciju takođe. Mikrofibrili i mikrotubule imaju istu orjentaciju.

Kod nekih vrsta giberelini podstiču

1. razvoj listova i izduživanje lisnih drški ,

2. zatim dovode do diferencijacije floemskih elemenata ( auksini - ksilem ), 3. dovode do izduživanja polenovih cevi kod petunije 4. imaju najmanje dve funkcije u klijanju semena.

Jednu ćete videti malo kasnije, dovode do de novo sinteze hidrolitičkih enzima ( alfa hidroksilaza ) u toku klijanja semena žita. Druga funkcija se vidi kod dormantnih semena, onih koja ne mogu da proklijaju čak ni kad su im obezbeđeni neophodni uslovi poput vlage, temperature i kiseonika i imbibicija. Kada im to date, a neće da proklijaju, kaže se da su dormantna. Ta semena, tzv. pozitivna fotoblastična semena, da bi proklijala, potrebno im je osvetljavanje i to uglavnom crvenom svetlošću. E, kod tih semena, giberelin zamenjuje tu crvenu svetlost, možete u mraku da ih isklijate ako im dodate giberelin. Phy stimuliše inače sintezu giberelina. Podsetnik – test sa hipokotilom salate.

Tu na par slajdova ima par slika primera kako giberelin utiče na rast biljaka ( radili smo na vežbama sa graškom, giberilini su dodavani u različitim dozama ).

27

A ima i slika koja prikazuje kako giberelinski mutanti koji ne mogu da proizvedu samo gibereline dramatično reaguju na spolja dodate gibereline, jako su osetljivi. Takve biljke su se izdužile nekih tri puta više nego biljke bez giberelina.

Monokotile se takođe izdužuju pod uticajem GA, ali kod njih raste lisni rukavac.

RAZVOJ CVETOVA I PLODOVA

Giberelini imaju funkciju u reproduktivnoj fazi, tako što dovode do

1. inicijacija cvetova – prilikom vernalizacije1 i fotoperiodizma2.

Dakle, giberelini su ti koji mogu da zamene zahtev za niskom temperaturom i dugim danom.

2. Zatim imamo podsticanje razvoja antera, 3. determinišu muški pol kod Cucurbitacea ( ženski auksini ) i krastavaca, povećavaju

udeo muških cvetova na račun hermafroditnih. Tako da zajedno sa auksinima, koji određuju ženski pol, učestvuju u determinaciji pola kod ovih biljaka.

4. Oni određuju pigmentaciju kruničnih listova 5. Određuju razviće plodova bez oplođenja - partenokarpija, ali samo kod vinove loze (

V.vinifera ) i citrusa.

1 Pojava da dolazi do cvetanja samo ako se primeni određena niska temperatura2Pojava da dođe do cvetanja samo ako se na biljke primeni određena dužina dana

28

6. Giberelini imaju široku primenu u poljoprivredi, koriste se recimo da povećaju veličinu ploda kod grožđa ili da regulišu cvetanje citrusa ( limun, grepfrut ). Zbog raspodele između uvira I izvora. Manje cvetova – veći plodovi.

Šargarepa ( D. carota ) zahteva i nisku temperature i određenu dužinu dana, da bi u jesen cvetala.

Ako imamo manje cvetova, imaćemo više plodova, zbog uvira.

MOBILIZACIJA REZERVNIH MATERIJA U ĆELIJAMA ALEURONSKOG SLOJA

Ili uopše mobilizacija rezervnih materija. U semenima biljke imaju fitin koji predstavlja rezervu mioinozitola, Ca, Mg, K i fosfata. Mioinozitol kao šećerni alkohol ima 6 OH grupa, a za sve OH grupe mogu da se vežu fosfati, Ca, Mg ili K. Kad se sintetiše fitin, on predstavlja rezervu tih elemenata. Prilikom klijanja semena kada treba da se utroše rezerve tih materija i dolazi do otkačinjanja tih delova od fitina i njihove mobilizacije.

Giberelini stimulušu de novo sintezu α-amilaze i proteinaza. Efekat je vidljiv samo kod semena žita, kod onih vrsta kod kojih u semenima kao rezervna materija postoji skrob.

Ovo je šema semena ječma. Ovaj prazan prostor je tkivo koje se zove endosperm i u njemu se nalaze amiloplasti koji su ispunjeni skrobnim zrnima. Skrob je rezervna materija. Takođe, imate na jednom kraju semena emrbion. Na tom embrionu se vidi scutellum što je zapravo kotiledon monokotila, imate coleoptile i coleorize. Što je koleoptil za list, to je koleoriza za koren, dakle to je začetak korenka. Sve ovo je zaokruženo jednim slojem koji se naziva aleuronski sloj koji je debeo jednu do dve ćelije kod većine žita, a kod ječma je debeo tri

29

ćelije. Te ćelije su na prvi pogled slične, bogate su citoplazmom i imaju vakuole i metabolički su vrlo aktivne. Da bi one postale aktivne, seme mora da počne da klija.

1. Prva faza u klijanju je imbibicija - usvajanje vode. 2. Posle imbibicije dolazi faza aktivacije. U toj aktivaciji većina enzima koji već postoje

u semenu se aktiviraju. 3. Međutim, postoje neke hidrolaze koje ne postoje u semenu pre nego što dođe do

klijanja i ti enzime su npr. α-amilaze, proteinaze, kisele fostataze itd. Oni moraju da se de novo sintetišu.

Onda kad se desi imbibicija, dolazi do ekspresije giberelina u kotiledonu embriona, pa oni difunduju u aleuronski sloj i tu dolazi do ekspresije gena za ove navedene proteine. Ti enzimi difunduju u endosperm, ulaze u amiloplaste i tu razgrađuju skrob do maltoze. Maltoza je redukujući šećer koji se pod uticajem maltaze razlaže do glukoze. Glukoza je ono što je semenu potrebno, da bi se omogućilo disanje jer im je potreban kiseonik za klijanje. Glukoza je supstrat za disanje, nastaje ATP i onda se taj ATP koristi za rastenje. Ono što je bitno da zapamtite jeste da dolazi do de novo sinteze α-amilaze i da su samo α-amilaza i proteaze regulisane giberelinima. Ostali hidrolitički enzimi nisu pod uticajem giberelina.

Ovaj efekat, da giberelini dovode do razgradnje skroba, se koristi u proizvodnji piva

Sinteza giberilina

Mesta sinteze giberelina su meristemi izdanaka i korenova, nezrela semena i plodovi i mladi listovi.

30

Put sinteze terpenoida je zajednički za mnoga jedinjenja koja se nalaze u biljkama i hormone. Metabolički put je jako bitan.

Put sinteze giberelina počinje od prekursora - izopentenil pirofosfata (IPP), osnovne terpenoidne jedinice, koji ima 5 C atoma i može da izomerizuje i daje dimetilalil pirofosfat, razlika je samo u položaju dvostuke veze.

Vezivanje izoprenskih jedinice ide po principu glava rep. Kada se dva IPP vežu dobijate geranil pirofosfat, a to je prvo jedinjenje od 10 C atoma i tako nastaju monoterpeni. Kada se veže još jedan IPP dobijemo farmezil pirofosfat, C15 jedinjenje, to su seskviterpeni. Oni su prekursori za sintezu apscisinske kiseline kod određenih vrsta biljaka, direktno se ide u nju. Kada se veže još jedan IPP dobijemo geranilgeranil pirofostat (GGPP), to su diterpeni, jedinjenja od 20 C atoma i on njih nastaju fitol, alkohol koji ulazi u sastav hlorofila i nastaju giberelini.

Dva seskviterpena daju jedinjenje skvalen – C30 od koga nastaju steroli, steroidi i brasinosteroidi. Dva GGPP daju fitoen od koga nastaju karotenoidi. Preko karotenoida može da nastaje i apscisinska kiselina.

31

Od diterpena nastaju giberilini. Biosinteza giberelina može da se svede na tri koraka, na tri faze. IPP daje ent-kauren, ent-kauren daje GA12 aldehid koji daje gibereline. (Ova tri jedinjenja biste morali da naučite stvarno).

Svaki od ovih koraka se sastoji od većeg broja koraka.

Prva faza je ciklizacija kojom nastane ent-kauren.

Proces se dešava u proplastidima, enzimi se nazivaju ciklaze i njihovi inhibitori su tzv. retardanti rastenja3 kao što su kvaternarna amonijum i fosfonijum jedinjenja, AMO-1618,

3Retardanti rastenja su inbibitori biosinteze giberelina.

32

fosfon D. Različita jedinjenja deluju različita u ovim fazama biosinteze giberelina. Giberilini su nenesencijalni biljni hormone.

Druga faza ide o ent-kaurena doGA12 aldehida, tu imate različite oksidacije. Ovaj korak se dešava na membrana ER-a, enzimi su citohrom P450 monooksigenaze. Oni iz molekulskog kiseonika jedan atom vezuju za supstrat. Inhibitori ove faze su paklobutrazol, tetciklacis, unikonazol.

Treća faza je i najkomplikovanija. Sastoji se od jako velikog broja reakcija koje mogu kao da formiraju mrežu - može sve iz svačega da nastane, samo što se to ne dešava baš kod svake biljke. Prvo se dešava oksidacija GA 12 aldehida, pri čemu se dobija COOH grupa na mestu aldehidne koja je bitna za aktivnost.

Zatim se dešava formiranje laktonskog prstena i čitav niz hidroksilacija. Te hidroksilacije katalizuju enzimi koji se nazivaju dioksigenaze, koriste oba atoma iz molekulaskog kiseonika, a ovaj proces se dešava u citoplazmi.

U ranoj biosintezi ove faze postoje tri glavna puta biosinteze koja se razlikuju po tome šta se dešava kada. Od GA12 aldehida, račvaju se tri puta sinteze.

1. U jednom putu se formira laktonski prsten, oksiduje se ona aldehidna grupa, ali ne dolazi do hidroksilacije i tako nastaju nehidroksilisani giberelini, predstavnik je GA9 koji jeste biološki aktivan.

2. U drugom putu se, pored one dve obavezne reakcije, laktonizacije i formiranja COOH grupe, se dešava i hidroksilacija u položaju 3β i nastaje GA4.

3. U trećem putu se dešava hidroksilacija na C13 atomu i tako nastaje GA20. Ova tri giberelina su prototipi ta tri puta.

Posle njihovog nastanka ili negde na tom putu, može da se desi hidroksilacija i na drugom C atomu, ako je bilo na C3 atomu, da sada bude na C13 i obrnuto, a može da se desi i hidroksilacija na oba C atoma i tako nastaju GA1 i GA3. Ovi giberelini koje smo pomenuli su biološki aktivni i najčešće se javljaju kod biljaka.

33

Na osnovu vezivanja OH grupe, imate četiri grupe giberelina. Jedni su hidroksilisani na 3β, druga grupa na 13C atomu, treća i na jednom i na drugom i četvrtu grupu čine oni koji nemaju uopšte OH grupu.

Vezivanje OH grupe na 2β položaju dovodi do inaktivacije giberilina

VEZANI OBLICI GIBERELINA

Vezuju se uglavnom za glukozu jer imaju i COOH i OH grupe kojima mogu da ostvare dve vrste veza sa glukozom, za razliku auksina. Preko COOH grupe formiraju estre, a preko OH grupe nastaju glukozidi – glikozid etri. Obe veze se lako razgrađuju. Samo u slobodnom obliku su giberelini aktivni, vezani nisu.

Funkcija ovih jedinjenja je da budu rezerva giberelina, transport giberelina, deponovanje giberelina, ali ne i detoksikacija ( ne vezujeu se za ak ). Mogu se privremeno ukloniti na ovaj način.

Retardanti rastenja su svi sintetički, i pomenuli smo ih kod priče o onim fazama.

34

Koristi se u hortikulturi. Skraćeno stabno se dobija i ogromni cvetovi. Ako deluju u drugoj fazi, to su inhibitori monooksigenaze, pri čemu se dobijaju jako interesantni oblici.

35