6 Transporte no Floema

Visão geral do sistema de transporte no oema O transporte e a distribuição de elementos nutritivos, principalmente açúcares, desde as áreas de síntese, que são as folhas fotossinteticamente ativas, ou a partir de órgãos de reserva, até as áreas de consumo, como folhas, flores e frutos novos, são feitos pelo floema. Tal como o xilema das regiões caulinares e radiculares novas em crescimento longitudinal (estrutura primária), o floema primário também se origina do procâmbio, formando o protofloema e o metafloema, bem como do câmbio vascular quando em crescimento secundário (lateral); nesse caso, originando o

 

floema secundário (Figura 6.1). Trata-se, portanto, também de um tecido complexo de condução constituído por diferentes tipos de células, tais quais os elementos crivados (EC), as células companheiras (CC), as células do parênquima vascular (PV) e as células de sustentação, como fibras e esclereídeos. Porém, diferentemente dos elementos de condução do xilema, os vasos condutores do floema – os elementos crivados – são vivos, embora destituídos de núcleos e membranas do vacúolo (tonoplasto). Os EC podem ser de dois tipos: células crivadas e elementos de tubo crivado. Essencialmente, as primeiras são encontradas nas gimnospermas e em plantas vasculares sem sementes (samambaias e outras), e não apresentam placas crivadas (ver adiante), apenas áreas crivadas localizadas nas paredes laterais. Os elementos de tubo crivado são células muito mais especializadas, que, unidos longitudinalmente, formam os tubos crivados. Esses elementos se ligam lateralmente, entre si, por meio das áreas crivadas, e longitudinalmente, pelas placas crivadas terminais, cujos poros têm maior calibre que aqueles das áreas crivadas laterais, por isso sendo chamadas de placas crivadas. Assim, ambos os tipos diferem entre si pelo grau de especialização das áreas crivadas e pela distribuição destas nas paredes das células. O termo “crivado” refere-se, portanto, aos poros por meio dos quais os protoplastos de elementos crivados adjacentes (longitudinal e lateralmente) estão interconectados. Cerca de 80% do carbono assimilado na fotossíntese é translocado das folhas para atender ao metabolismo de células não fotossintéticas. Tal movimento depende, notadamente, da interação fisiológica entre os EC e certas células parenquimáticas altamente especializadas próximas a eles, as CC.

 

Figura 6.1 Corte transversal de caule mostrando o câmbio vascular e a diferenciação entre floema (para o exterior) e xilema (para o interior).

 

Uma visão de conjunto do sistema de transporte nas plantas é descrita

na Figura 6.2. Água e nutrientes, principalmente íons inorgânicos, deslocam-se desde as raízes até a parte aérea, pelo xilema, graças às pressões que se desenvolvem no interior desses vasos. Por sua vez, açúcares, íons inorgânicos e outros solutos deslocam-se por toda a planta pelo floema. As células componentes dos EC por onde esse transporte é feito estão intimamente ligadas às outras células (não crivadas) pelos múltiplos poros: são as CC. Por essa conexão tão íntima, os EC e as CC formam de fato um conjunto que pode ser chamado de complexo EC/CC (elementos crivados/células companheiras). As CC, por sua vez, podem manter ligações com outras células do PV, podendo formar um contínuo que as liga às células do mesofilo, onde ocorrem a fotossíntese e a formação de esqueletos de carbono.

É interessante ainda observar, na Figura 6.2, que a água que se desloca para a parte superior do feixe vascular pode deslocar-se desde o xilema até o floema. Inversamente, a água pode também se deslocar do floema para o xilema e do apoplasto para as CC, e vice-versa. Embora os dois sistemas de vasos condutores difiram quanto a sua função e estrutura, em ambos podem desenvolver-se grandes pressões internas, tanto positivas quanto negativas, que afetam o deslocamento da água e dos solutos.

Apesar de não estar indicado na Figura 6.2, o deslocamento da água desde o apoplasto para dentro das células do complexo EC/CC é feito com a intermediação de proteínas de transporte (aquaporinas) localizadas na membrana plasmática (plasmalema) das células do sistema. O desenvolvimento do sistema EC/CC é bem característico das angiospermas, mas não se dá do mesmo modo nas gimnospermas.

A utilização de corantes fluorescentes mostra que o sistema EC/CC está isolado das outras células. Entretanto, ocorre também o transporte lateral de fotoassimilados, o qual também se dá por meio da membrana plasmática das CC, por um sistema de bombeamento.

Figura 6.2 Diagrama esquemático do modelo de fluxo de pressão entre células-fonte e células-dreno por meio do xilema e do floema. Adaptada de Taiz e Zeiger (2003).

 

O floema não é uniforme, estruturalmente, em todas as partes da planta. Nas nervuras foliares, por exemplo, as células crivadas são bem menores que as do parênquima vascular.

 

Constituição dos elementos crivados e células companheiras Elementos crivados (EC)

A estrutura dos EC foi descrita inicialmente por Hartig, em 1860. Eles são formados por células extensamente modificadas; quando o sistema está completamente desenvolvido (as células do floema estão maduras), elas passam por grandes alterações.

Durante o processo de diferenciação, as células dos EC sofrem um processo de autólise incompleta. Células do floema geralmente perdem o núcleo e o tonoplasto seguidos pela perda dos ribossomos e do complexo de Golgi. Nesse evento incomum de autólise, as células dos EC perdem a capacidade de transcrição e tradução gênica, de modo que a síntese de proteínas de que necessitam passa a ser feita pelas CC. Assim, elas não podem executar algumas das funções essenciais das células vegetais. Entretanto, mantêm suas mitocôndrias, que podem apresentar características diferentes daquelas de outras células vegetais. As células dos EC mantêm também alguns plastídios, o retículo endoplasmático liso e, claro, o que é fundamental para as funções que desempenham, a membrana plasmática, que formará um continuum com outras células adjacentes ao sistema crivado. Entretanto, as proteínas filamentosas (proteínas-P) persistem. O retículo endoplasmático é modificado, formando uma rede de microtúbulos e cisternas conhecida como retículo do vaso crivado (RVC).

Esse RVC, com as mitocôndrias, as proteínas-P e os plastídios, forma um sistema chamado camada parietal ou lâmina parietal. Essa lâmina parietal forma uma camada que reveste a parede interior das células dos EC, restando um grande espaço central que dá origem ao lúmen do sistema de EC. Há extensões macromoleculares de aproximadamente 7 ηm que prendem o retículo endoplasmático, as mitocôndrias e os plastídios entre si e os ancoram na membrana plasmática (van Bel et al., 2002).

Os citoplasmas das CC são enriquecidos das organelas que faltam às células dos EC. Outra característica das células dos EC reside no fato de que a membrana plasmática de uma célula forma um continuum com a membrana plasmática das células adjacentes. Esse processo de diferenciação independe da presença das CC, visto que ocorre no protofloema da raiz, onde as CC não se desenvolvem.

A característica principal das células dos EC consiste na existência de

poros nas suas paredes transversais constituindo a placa crivada (Figura

6.3). Esses poros na parede celular, com diâmetros que variam entre 1 e 15 μm, permitem formar conexões entre as células do sistema. Esses poros têm origem nas passagens dos plasmodesmos entre as células. Ocorre um alargamento gradual dessas passagens, até que os poros se formam. A celulose e outros elementos típicos da parede celular são substituídos por calose. A calose aos poucos vai sendo eliminada, dando lugar aos poros das placas crivadas.

Os EC apresentam, em geral, curta vida útil. Ao longo do tempo, são bloqueados pelo acúmulo de calose. À medida que as células dos EC vão sendo assim destruídas, outras células são diferenciadas, de modo que o transporte não sofre descontinuidade. Deve-se ressaltar, entretanto, que, embora a vida curta seja uma regra geral, já se observaram, em dicotiledôneas, EC que permaneceram funcionais por períodos de até 10 anos.

A diferenciação dos EC ocorre desde o início da diferenciação dos tecidos abaixo do meristema apical. Esses elementos, no início da diferenciação, são conhecidos como protofloemas, os quais, embora ainda em fase inicial de diferenciação, já podem ser usados intensivamente pelas plantas no transporte de nutrientes para os tecidos vegetais em desenvolvimento.

 

Células companheiras (CC)

Cada uma das células dos elementos crivados está conectada a uma ou mais

células companheiras (ver Figura 6.3). As CC, ao contrário das células crivadas, são ricas em organelas, principalmente das organelas ausentes naquelas. São também características das CC a ausência de amido e uma elevada atividade das fosfatases. É interessante notar que, embora com características tão diversas, ambos (EC e CC) são originários da divisão de uma mesma célula-mãe. Apesar disso, as CC não são sempre necessárias, tanto que não existem no protofloema das raízes e no sistema EC de folhas de gramíneas com paredes celulares espessas.

 

Figura 6.3 Constituição dos elementos crivados e das células companheiras. Adaptada de Taiz e Zeiger (2003).

 

As CC e os EC têm, por meio das paredes celulares, um sistema ramificado de comunicações, denominado plasmodemata, que permite uma

intensa comunicação e a troca de substâncias entre elas (ver Figura 6.3). O arranjo é bem funcional, pois, enquanto as CC ricas em organelas podem sintetizar uma série de substâncias e compostos de alta energia como o ATP, passíveis de transferência rápida pelo plasmodesmo para as células dos EC, estas, por sua vez, concentram o seu metabolismo nas atividades essenciais ao transporte de fotossintatos ou fotoassimilados. A maior parte da atividade metabólica do elemento crivado é feita pelas CC. Entretanto, é preciso ressaltar que, ao contrário do que ocorre com as células do xilema, as células dos elementos crivados são vivas e suas paredes celulares não são lignificadas.

As CC têm sido classificadas, historicamente, de acordo com seus mecanismos de captura de nutrientes em três tipos: células companheiras ordinárias, células de transferência e células intermediárias (Slewinski et al., 2013; Heo et al., 2014; Otero e Helariutta, 2017). Além dessa classificação, existem CC envolvidas no carregamento passivo de açúcares por difusão, que não recebem nomes específicos, mas apresentam diversos plasmodesmos simetricamente ramificados (Otero e Helariutta, 2017).

Células companheiras ordinárias apresentam uma parede celular com superfícies internas lisas e número de plasmodesmos variável (Taiz et al., 2017). Estão associadas ao carregamento do floema via apoplasma por meio da atuação de bombas de prótons, que geram um gradiente eletroquímico que possibilita a atuação de proteínas de membrana transportadoras de sacarose SUT1 (sucrose transporters 1).

As paredes das células companheiras de transferência têm invaginações ou reentrâncias que aumentam a superfície da membrana e, portanto, a superfície de absorção. Em Vicia faba, essas invaginações aumentam em 209% a superfície total da membrana (Giaquinta, 1983). Esse aumento de superfície das células de transferência também aponta para as CC como o sítio primário de carregamento do floema, quando o deslocamento de açúcares, desde as áreas de produção, é feito pelo apoplasto.

As CC intermediárias são maiores que as células ordinárias, têm um grande número de plasmodesmos conectados a células da bainha do feixe vascular e estão associadas ao carregamento via simplasma do floema, explicado pelo modelo de aprisionamento de polímeros (Otero e Helariutta, 2017).

As CC apresentam proteínas exclusivas ou predominantemente presentes. Os genes específicos de CC, em sua maioria, codificam para proteínas relacionadas com o transporte, incluindo H+-ATPases, como a isoforma 3 (AHA3) de Arabidopsis, que atua na formação do gradiente eletroquímico necessário para a absorção de açúcares pelos transportadores específicos e na manutenção do balanço osmótico e químico da célula (DeWitt et al., 1991; DeWitt e Sussman,1995; Otero e Helariutta, 2017). Além dessa H+-ATPase, estão incluídas outras proteínas específicas de CC, como a pirofosfatase vacuolar de Arabidopsis tipo 1 (AVP1) (Paez-Valencia et al., 2011), um carreador de sacarose denominado SUC2 (sucrose transporter 2) (Truernit e Sauer, 1995), transportadores de sulfato SULTR1,3 (Yoshimoto et al., 2003) e SULTR2-1 (Zhang et al., 2008).

 

Vias apoplástica e simplástica

Para entender melhor o processo de deslocamento de nutrientes nas plantas, é necessário conhecer, antes, o caminho que estes percorrem antes de chegarem à área vascular, ou seja, antes de entrarem na corrente do xilema e no sistema crivado de transporte do floema.

Tanto nas raízes quanto na parte aérea, nutrientes e água podem deslocar-se desde a parte mais externa (epiderme) até o parênquima

vascular, tanto via apoplástica quanto via simplástica (Figura 6.4).

 

Apoplasma

O apoplasma compreende a soma dos espaços intercelulares e espaços formados por macro e microporos da parede celular. Esse espaço pode receber nomes diferentes conforme a área de estudo: apoplasma na

fisiologia vegetal e espaço livre aparente (Figura 6.5) na nutrição mineral.

Em parte desse espaço, como nas áreas intercelulares, o deslocamento de solutos com carga de qualquer sinal ou de solutos eletricamente neutros, como a sacarose, é livre. Esse espaço é chamado de espaço livre de água. Nos poros da parede celular, entretanto, o depósito de ácidos orgânicos (poligalacturônicos) sobre os feixes de microfibrilas (basicamente formados de celulose e hemicelulose) gera uma superfície de cargas fixas que formam o espaço livre de Donnan.

Enquanto água e íons circulam livremente no espaço livre de água, no espaço livre de Donnan apenas água e sacarose circulam livremente, enquanto ânions e cátions têm seus movimentos restritos, dependendo do sinal do poro e dos íons (±) e da intensidade da carga.

Açúcares como a sacarose, produzidos nas células do mesofilo, deslocam-se para fora desta atravessando a membrana plasmática e circulando no espaço livre (apoplasma). Esse movimento no apoplasma pode ocorrer desde as células do mesofilo até as células companheiras ou as células do elemento crivado. Esse seria um movimento totalmente apoplástico.

 

Simplasma e plasmodesmo

Outra forma de deslocamento de nutrientes é a que ocorre célula a célula, por meio de conexões entre os protoplastos, chamadas de plasmodesmos

(Figura 6.6). Nesse caso, tanto os açúcares quanto os nutrientes minerais como o K+ podem deslocar-se livremente sem que haja interações do tipo das que ocorrem no espaço livre de Donnan.

Plasmodesmos são pequenos poros, com diâmetros em torno de 20 a 60 ηm, revestidos por uma membrana plasmática e que contêm um tubo central, denominado desmotúbulo, uma continuação do retículo endoplasmático.

A comunicação via plasmodesmos entre os EC e as CC é diferente daquela realizada por outros plasmodesmos, pois eles formam um canal tipo poro do lado do EC e múltiplos canais de menor diâmetro do lado da CC (Ayre et al., 2003).

 

Figura 6.4 Variedade de açúcares encontrados na seiva do floema: monossacarídios (galactose, glicose e frutose), dissacarídio (sacarose), oligossacarídios (rafinose e estaquiose).

Figura 6.5 Corte radicular transversal mostrando o apoplasma e o simplasma pelas células do córtex e da endoderme.

 

 

A conexão célula a célula via plasmodesmos possibilita o transporte por

meio dos protoplastos, denominado via simplástica (Figura 6.6). É necessário, portanto, que as CC tenham ligações em quantidade suficiente com as outras células ao longo da via de transporte, ou seja, a viabilidade do transporte via simplástica depende da intensidade das conexões via plasmodesmos entre as superfícies de células adjacentes ao longo do continuum mesofilo S sistema crivado. Presume-se que, quanto maior o número de conexões plasmodésmicas entre as células, maior será o potencial de transporte na interface.

Sobre o plasmodesmo, Gunning (1976) observou: “o plasmodesmo eleva a planta da condição de simples coleção de células individuais para uma comunidade de protoplastos vivos e interconectados”.

A frequência dos plasmodesmos nas células que executam transporte simplástico está em torno de 15 por micrômetro quadrado (μm2) de superfície celular.

Em células do mesofilo em Oenotherma, calculou-se que o plasmodesmo ocupa 0,38% das paredes celulares adjacentes. A magnitude do fluxo de açúcares pelo plasmodesmo, em poros com comprimento de 0,5 e 20 ηm de diâmetro, seria então de 3,8 × 10–21 mol/s–1. Na planta com fotossíntese C4 Salsola ali, 0,1% da superfície da parede celular é ocupada com os canais dos plasmodesmos.

Plantas como Vicia, beterraba e milho apresentam pouca ligação direta entre as células do mesofilo e as células do complexo EC/CC via plasmodesmo, enquanto em outras plantas, como Curcubita pepo, há maior número de conexões entre essas células.

Entretanto, essa divisão das plantas entre as que têm muita e as que têm poucas conexões entre as células do mesofilo e o complexo EC/CC não é um parâmetro absoluto porque pode haver continuidade de ligações entre esses dois extremos (mesofilo e EC/CC) e as células do parênquima vascular e do parênquima do floema e mesofilo.

O que se verifica é que a frequência de conexões entre o complexo crivado e as células adjacentes pode variar muito. Em algumas espécies, existe uma frequência muito grande de plasmodesmos fazendo a ligação célula–célula, enquanto, em outras, essa frequência pode ser muito pequena ou mesmo nula.

Gamalei et al. (1991) propõem, para plantas dicotiledôneas, uma divisão em quatro categorias, de acordo com a frequência das ligações via plasmodesmos entre as células do complexo crivado e as células adjacentes:

• Células do tipo 1: exibem uma grande quantidade de conexões • Células do tipo 2: exibem uma quantidade moderada de conexões • Células do tipo 2a: exibem ligações esporádicas entre células • Células do tipo 2b: não exibem, praticamente, contato entre células do

EC/CC e células adjacentes.

A frequência de contatos via plasmodesmos entre cada categoria pode variar em torno de 10 vezes, o que pode resultar em variações de até 1.000 vezes na frequência de ligações plasmodésmicas entre famílias de dicotiledôneas.

As características das CC também mudam de acordo com o tipo de transporte – simplástico ou apoplástico – que as plantas fazem.

A estrutura e o funcionamento metabólico das células companheiras são determinantes do tipo de carregamento do floema (simplástico ou apoplástico).

Pelo menos dois tipos de estruturas estão bem caracterizados:

• Estrutura 1: as células companheiras não têm cloroplastos e apresentam

uma extensa rede de retículo endoplasmático

• Estrutura 2: as células companheiras são menores e contêm vacúolos e

cloroplastos. Esse grupo pode apresentar uma variante que se caracteriza

por uma abundância de invaginações na parede celular.

Em geral, as CC com a estrutura 1 estão envolvidas em transporte via simplástica. Já as CC de estrutura 2 estão envolvidas em transporte via apoplástica.

Famílias que apresentam estrutura 1 transportam açúcares via simplástica na forma de oligossacarídios, principalmente rafinose, enquanto as de estrutura 2 o fazem via apoplástica sob a forma de sacarose.

 

Transporte intermediário

Pode também ocorrer um tipo intermediário de deslocamento em que os nutrientes percorrem parte do trajeto entre o mesofilo e as células crivadas via simplástica e parte do trajeto via apoplástica, saindo do sistema de transporte célula a célula em algum ponto, antes de chegarem às células companheiras ou crivadas. Tanto nesse caso quanto no de transporte totalmente via apoplástica, os nutrientes precisam voltar ao interior das células (companheiras ou elementos crivados) para seguirem então se deslocando via simplástica até chegarem ao floema.

 

Carregamento e descarregamento do oema Entende-se por carregamento do floema todo o trajeto que os solutos fazem desde as células do mesofilo até o sistema de elementos crivados. Quando se fala em carregamento dos elementos crivados, faz-se referência, exclusivamente, ao carregamento de fotoassimilados no sistema de EC, que compreende o conjunto EC/CC.

Figura 6.6 Representação do simplasma (limitado pela membrana plasmática) e do apoplasma das células vegetais formado pelos espaços intercelulares e pelo conjunto de macro e microporos da parede celular. Adaptada de Fernandes e Souza (2006).

 

Não existe um único tipo de carregamento do floema, o qual varia de acordo com as diversas famílias vegetais, podendo ser apoplástico, simplástico ou intermediário, combinando essas duas estratégias. A variação do carregamento do floema tem certamente um significado expressivo do ponto de vista ecofisiológico, sendo importante para a produção vegetal. O uso de uma ou outra estratégia de carregamento, ou da combinação de ambas, reflete as condições ambientais em que os diversos grupos de plantas se desenvolveram.

O carregamento do sistema de EC pode ser feito de duas maneiras. Uma delas é por meio do deslocamento de solutos desde as células que circundam o sistema vascular até as células companheiras, e das células companheiras até as células crivadas pelos plasmodesmos. Nesse caso, existe uma continuidade entre essas células, constituindo a via simplástica de carregamento do floema.

A difusão de açúcares de células do mesofilo para EC por plasmodesmos consiste em um transporte seletivo para certos açúcares, o que é comprovado pelo fato de espécies que utilizam a rota simplástica transportarem estaquiose e rafinose além de sacarose, o que ocorre contra um gradiente de concentração, pois o conteúdo osmótico em CC e EC é mais elevado que em células do mesofilo (Taiz et al., 2017). Esse transporte seletivo, e contra um gradiente de concentração, sem o envolvimento de carregadores ativos no complexo EC/CC é explicado pelo modelo de

aprisionamento de polímeros (Figura 6.7), no qual a sacarose difunde-se das células do parênquima vascular para as células intermediárias via simplasto e a favor de um gradiente de concentração, que é mantido pela polimerização da sacarose, formando oligossacarídios como rafinose e estaquiose nas células intermediárias. A rafinose e a estaquiose apresentam volume maior que o da sacarose e não conseguem se difundir de volta para as células do mesofilo, pois os plasmodesmos entre as células da bainha do feixe vascular são mais estreitos que os existentes entre as CC e os EC. Assim, os oligossacarídios ficam retidos nas células intermediárias, podendo somente ser direcionados para os EC, e o gradiente de sacarose é mantido, possibilitando o transporte contra um gradiente de concentração de açúcares, mas a favor de um gradiente de concentração de sacarose.

Outra estratégia de carregamento do sistema de elementos crivados é a

apoplástica (Figura 6.8), em que os solutos são liberados das células do mesofilo ou das células do parênquima do floema e se deslocam no apoplasma (espaço livre) para posterior entrada em uma CC ou diretamente em EC. Portanto, para que ocorra o carregamento via apoplástica, é necessária a atuação de proteínas de transporte localizadas nas membranas para que o efluxo de açúcares a partir de células do mesofilo ou parênquima do floema e o posterior influxo dessas moléculas em CC e EC.

Transportadores de açúcares do tipo uniporte denominados SWEET (sugars will eventually be exported transporters) parecem facilitar a difusão de açúcares pelas membranas plasmáticas e funcionar como transportadores de efluxo em células do parênquima do floema durante o carregamento via apoplástica (Chen et al., 2012; Chen, 2014). Após o efluxo e direcionamento via aploplasto, os açúcares são absorvidos no complexo EC/CC por meio da ação de transportadores localizados nas membranas, tipo simporte H+/sacarose denominados SUT (sucrose transporter) (Lalonde et al., 2004).

A Figura 6.9 mostra, esquematicamente, os dois sistemas de transporte de solutos e carregamento do floema. As setas com traço forte no interior das células mostram o caminho que os solutos podem percorrer desde a área de síntese, onde ocorre a redução fotossintética do CO2 (células à esquerda, em azul), até a área vascular (células à direita, em laranja).

Açúcares e outros nutrientes deslocam-se das células do mesofilo, onde ocorre a redução de CO2, para as outras células via plasmodesmo. Em um dos casos (setas mais largas), o deslocamento é todo feito via simplástica. Outra possibilidade, entretanto, é de que, em algum ponto do percurso (a

célula do parênquima do floema indicada na Figura 6.9), açúcares possam sair do interior das células para o apoplasma. Posteriormente, esses solutos, que agora se deslocam via apoplástica, podem retornar ao interior de outras células para o carregamento do floema. Essa entrada de solutos a partir do apoplasma pode, em algumas espécies vegetais, ser feita pela plasmalema de uma CC, enquanto, em outras espécies, essa passagem para o interior ocorre diretamente nas células crivadas.

Quando, entretanto, se faz referência ao transporte de fotoassimilados em todo o sistema (desde o mesofilo), o carregamento do floema só pode ser considerado simplástico se houver ligação (continuidade) de todo o simplasma, desde as células do mesofilo até as CC. No caso de não existir essa continuidade, o sistema de carregamento é considerado apoplástico. É possível que, em determinado sistema, parte do percurso dos fotoassimilados seja feita via simplástica, mas em algum ponto as conexões via plasmodesmos sejam interrompidas e os fotoassimilados descarregados no espaço livre aparente e, depois, recarregados em outra célula de onde passam via simplástica para as CC. Nesse caso, o carregamento do floema é também considerado apoplástico. O carregamento só é considerado realmente via simplástica quando todo o percurso está conectado pelo plasmodesmo. Essa diferenciação deve ser feita porque, em algumas plantas, o transporte de solutos pelas células EC/CC é feito via simplástica, enquanto o carregamento do floema se dá via apoplástica.

Figura 6.7 Modelo de aprisionamento de polímeros. A sacarose sintetizada nas células do mesofilo difunde-se para as células intermediárias por meio dos plasmodesmos. Nas células intermediárias, há a síntese de rafinose a partir de sacarose e galactinol. A rafinose formada não pode retornar para as células da bainha do feixe em virtude de seu maior volume em relação ao tamanho dos plasmodesmos. Plasmodesmos maiores existentes entre células companheiras e elementos crivados permitem a difusão da rafinose para os elementos crivados. Adaptada de Taiz et al. (2017).

 

 

O carregamento de açúcares no floema tem lugar basicamente nas pequenas nervuras das folhas, que, às vezes, anastomosam, formando uma rede capilar. Essas nervuras podem ser classificadas em:

• Nervuras do tipo 1: onde as células companheiras têm uma grande

superfície de retículo endoplasmático, não apresentam cloroplastos e os

plastídios estão ausentes ou em pequena quantidade • Nervuras do tipo 2a: onde as células companheiras são menores, contêm

vários pequenos vacúolos e têm cloroplastos

• Nervuras do tipo 2b: onde as células companheiras especializadas em

transporte (células de transferência) geralmente desenvolvem

invaginações da parede celular.

Figura 6.8 Carregamento apoplástico do floema. Adaptada de Chen (2014).

Figura 6.9 Esquema geral do carregamento e descarregamento do floema: fonte (A); célula companheira (B); elemento crivado do floema (C); dreno (D). Adaptada de Lalonde et al. (1999).

 

As nervuras dos tipos 1, 2a e 2b teriam surgido em sequência, ao longo do processo evolutivo. Pequenas áreas (aréolas) são demarcadas por essa rede de nervuras. Esse sistema é altamente eficiente na coleta de fotoassimilados produzidos no mesofilo foliar. Geiger (1980) observou que a beterraba açucareira tem 70 cm dessa rede capilar por cm2 de lâmina foliar. Esse autor também observou que 33 μm lineares da rede capilar podem coletar os fotoassimilados produzidos por 29 células do mesofilo.

As configurações das pequenas nervuras, que determinam o modo de carregamento do floema, aparecem preferencialmente em determinadas zonas climáticas. De modo geral, o carregamento do floema via apoplástica predomina nas regiões de clima temperado e em climas áridos. O carregamento do floema via simplástica predomina nas regiões tropicais úmidas.

A maioria das plantas herbáceas, que se originaram em regiões de clima temperado, pertence ao grupo que transporta solutos para o sistema EC/CC via apoplástica. Nessa relação, encontra-se a maioria das plantas cultivadas, nas quais os açúcares podem entrar no sistema crivado diretamente do apoplasma.

A análise molecular mostrou que, no caso das plantas que apresentam transporte apoplástico, a ação do gene SUT1 (sucrose transporter 1), que codifica o transportador de sacarose na membrana plasmática, aparece diretamente na membrana plasmática das células do EC. Contudo, no caso de espécies com sistema de transporte via simplástica, os transportadores de sacarose (SUC2: sucrose) estão associados à enzima invertase (que hidrolisa a sacarose em glicose e frutose) e localizados nas CC, mas não nas células do EC.

As proteínas SUT são transportadores simporte H+/sacarose, que utilizam a força H+-motriz presente pela membrana plasmática dos EC/CC para carregar sacarose no floema contra o seu gradiente de concentração

(Chandran et al., 2003) (ver Figura 6.8). Muitos genes SUT já foram identificados no genoma de diversas espécies com carregamento apoplástico e simplástico do floema. Análises filogenéticas identificaram cinco grupos distintos de proteínas SUT (Braun e Slewinski, 2009). O grupo 1 consiste em sequências SUT somente de monocotiledôneas; o grupo 2, apenas de SUT de eudicotiledôneas, vários dos quais responsáveis pelo carregamento apoplástico de sacarose, como o StSUT1 de batata (Solanum tuberosum) e o AtSUC2 de Arabisopsis thaliana (Srivastava et al., 2008). O grupo 3 contém SUT tanto de monocotiledôneas quanto de eudicotiledôneas e funções ainda não conhecidas. O grupo 4 também apresenta SUT tanto de monocotiledôneas quanto de eudicotiledôneas, com alguns membros localizados no tonoplasto com uma provável função de fazer o efluxo de sacarose do vacúolo para o citosol (Reinders et al., 2012). O grupo 5 consiste apenas em SUT de monocotiledôneas, cujas funções são ainda desconhecidas.

O milho (Zea mays) tem sido, há muito tempo, a planta modelo para o estudo de transporte no floema, caracterizado como uma espécie de carregamento apoplástico. Por meio de estudos moleculares e bioquímicos, o ZmSUT1 tem sido indicado como o transportador envolvido com o carregamento de sacarose no floema em folhas. Plantas defectivas no ZmSUT1 mostram forte prejuízo de crescimento, clorose foliar, inabilidade de transportar sacarose marcada radioativamente em folhas-fonte e acúmulo de sacarose e amido nas folhas (Slewinski et al., 2009). Além disso, estudos de localização celular e subcelular mostraram que o ZmSUT1 está localizado na membrana plasmática das CC (Baker et al., 2016).

Existem cinco genes SUT no genoma de arroz (Oryza sativa). Entre eles, apenas a expressão do gene OsSUT1 foi capaz de restaurar o fenótipo de plantas mutantes de Arabidopsis thaliana (Atsuc2), indicando que somente o transportador OsSUT1 funciona para o carregamento apoplástico do floema em arroz.

Outras evidências também suportam a hipótese de que o arroz usa um mecanismo de carregamento apoplástico, com a localização da H+-PPase e sacarose sintase (SUS) nos feixes vasculares. A geração da força-próton-motriz (FPM) para o transporte de sacarose pode ser favorecida pela ação da enzima SUS que cliva a sacarose em frutose e UDP-glicose, e esses açúcares podem ser usados para produção de ATP. Esse ATP é catabolizado pela H+-ATPase que gera a FPM necessária ao transporte de sacarose. Em Arabidopsis, H+-PPases expressas na membrana plasmática das células do sistema EC/CC (Regmi et al., 2016) podem funcionar como sintases para gerar pirofosfato estimulando o catabolismo de sacarose e a resultante produção de ATP para sustentar a FPM (Gaxiola et al., 2012). A localização das H+-ATPases em CC e EC segue tendência semelhante à dos transportadores de sacarose.

Nas espécies que transportam açúcares via simplástica, cujas H+-ATPases estão localizadas na plasmalema das CC, há um transporte intenso de estaquiose e rafinose, principalmente nas chamadas células intermediárias (CI).

Sugere-se que tanto o RNAm quanto a proteína SUTI possam se mover no desmotúbulo do plasmodesmo que liga as CC ao EC.

No caso do transporte simplástico, a sacarose entra nas CC a partir das células do feixe vascular. Uma vez no interior das CC, há a formação em oligossacarídios da família da rafinose (rafinose, estaquiose). Esses polímeros são muito grandes e não passariam pelos poros do plasmodesmo, o que impediria seu retorno ao sistema transportador. Assim, o transporte de açúcares no simplasma seria unidirecional (mesofilo S complexo crivado) e

contra o gradiente de concentração total de açúcares (ver Figura 6.9). Desse modo, a polimerização funciona como uma armadilha para açúcares, que retêm os polissacarídios nas CC contra um gradiente de concentração, o que torna o carregamento do floema menos eficiente nas plantas que transportam os fotoassimilados via simplástica. Em consequência, o deslocamento do carbono por unidade de massa das folhas é maior nas espécies que exibem carregamento do floema via apoplástica.

Verifica-se, entretanto, que a natureza do carregamento do floema não depende apenas da existência ou não de ligações abundantes pelos plasmodesmos. O tipo de metabolismo das CC e das células adjacentes é fundamental nesse processo. Em uma escala de evolução, o modo de carregamento via simplástica é o mais antigo, tendo os outros sistemas evoluído posteriormente.

Embora alguns estudos com marcadores fluorescentes sejam consistentes com o descarregamento apoplástico do floema nos caules, os transportadores que facilitam a liberação da sacarose no apoplasma dos EC ainda necessitam de uma caracterização mais detalhada (Julius et al., 2017). Entretanto, acredita-se que os transportadores da família SWEET

desempenham essa função (ver Figura 6.8). Acredita-se que os SWEET sejam transportadores uniporte que realizam o efluxo passivo de sacarose e/ou hexoses a favor de seus gradientes de concentração pela membrana (Latorraca et al., 2017). Análise filogenética dessa família gênica em plantas mostrou quatro grupos distintos. Os grupos I, II e IV transportam predominantemente hexoses, e o grupo III sacarose, embora algumas exceções sejam conhecidas (Le Hir et al., 2015). Os transportadores SWEET do grupo III têm sido identificados como candidatos a facilitadores da difusão de sacarose para o apoplasto em muitos tecidos (Chen et al., 2012). Genes SWEET do grupo IV podem também estar localizados no tonoplasto (Chardon et al., 2013).

Em sorgo granífero (Sorghum bicolor), o gene SWEET do grupo III, SbSWEET13a, é altamente expresso em folhas e caules (Makita et al., 2015). De forma análoga, o gene SvSWEET13b de Setaria viridis apresentou elevada expressão em tecidos maduros, sugerindo um descarregamento apoplástico de sacarose (Martin et al., 2016). Além do seu provável papel no descarregamento do floema, os transportadores SWEET podem estar localizados na membrana plasmática das células de armazenamento do parênquima e promover a saída de sacarose para o apoplasto em caules maduros.

Como grande parte da sacarose descarregada do floema entra nas células do parênquima sem ser clivada pelas invertases da parede celular (CWIN – cell wall invertase), os transportadores SUT localizados da membrana plasmática são candidatos promissores para absorção da sacarose nos caules. Tanto o genoma do sorgo sacarino quanto do granífero contêm seis genes SbSUT, todos com atividade de transporte (influxo) de sacarose, quando expressos de forma heteróloga em levedura (Bihmidine et al., 2015). O conjunto de genes SUT expressos nos entrenós do sorgo varia de acordo com o cultivar (background genético) e o estágio de desenvolvimento do caule (Julius et al., 2017).

 

Transporte de sacarose

O transporte de sacarose desde o apoplasma para o interior das células companheiras ou dos elementos crivados é feito contra um gradiente de concentração. Para que ele ocorra, é necessário um gasto de energia, ou seja, é um sistema de transporte ativo.

No caso de moléculas que não têm carga elétrica, como é o caso da sacarose ou da glicose, o cálculo da energia necessária para executar esse tipo de trabalho é obtido pela equação de Nernst.

 

Em que:

• ΔG: variação de energia livre do sistema • R: constante dos gases

• T: temperatura absoluta

• Ci: concentração interna

• C : concentração externa. e

Para o transporte de glicose contra um gradiente de 1:10, a variação de energia livre seria:

Para uma relação de concentração de

1:100 ΔG = 2,68 kcal/mol

1:1.000 ΔG = 4,02 kcal/mol

Vale lembrar que a hidrólise de 1 mol de ATP (ATP + HOH → ADP + Pi) produz 7,3 kcal.

A absorção de sacarose pelas células do complexo EC/CC segue o modelo de Michaelis-Menten, isto é, apresenta cinética de saturação. Mostra também um sistema dual de absorção, e o componente de alta afinidade mostra cinética de saturação, enquanto o componente de baixa afinidade aparentemente não é saturável. O primeiro componente opera em concentrações baixas de sacarose, provavelmente iguais às que ocorrem normalmente no apoplasma. O segundo componente opera nas concentrações mais elevadas. Em ambos os casos, os dados indicam uma absorção via simporte (sacarose–próton). No caso do sistema de alta afinidade, a estequiometria (sacarose:próton) do sistema seria de 2:1 (em concentrações menores que 5 mols m–3). No segundo caso (concentrações entre 5 e 15 mols m–3), a relação muda para 6:1.

É interessante ressaltar que todos os transportadores de sacarose identificados até aqui são cotransportadores (sacarose/H+). O K m aparente para sacarose nesses transportadores está na faixa de 1 mM, e a estequiometria do cotransporte é de 1:1.

Não está esclarecido ainda se as células crivadas têm ou não bombas iônicas de extrusão de H+ na membrana plasmática. No caso das CC, entretanto, já foi localizado um gene que codifica para H+-ATPases (bombas de prótons). Entretanto, é bom ressaltar que a concentração de ATP (substrato para as H+-ATPases) no sistema crivado é bem elevada, geralmente em torno de 1 mM.

 

Bombas de prótons

As bombas de prótons são transportadores de íons específicos para prótons, funcionando com energia metabólica da hidrólise de ATP. Elas podem ser descritas como próton-ATPases (H+-ATPases). O transportador, estimulado pela presença de H+ no meio interno, usa a energia gerada pela hidrólise do ATP para mudar de estado energético, liga-se ao H+ e o bombeia para o meio externo, independentemente da troca por outro cátion (do meio externo). Trata-se, portanto, de um sistema de transporte unidirecional chamado uniporte (Fernandes e Souza, 2006).

Uma transferência unidirecional de cargas promove eletronegatividade (pois não ocorre transporte simultâneo de outro cátion de fora para dentro, de modo que a diferença de carga positiva pudesse ser compensada no interior negativo). Desse modo, quando um microeletrodo for inserido na célula, fazendo conexão com o meio externo, aparece uma corrente. Ao potencial que é gerado entre o interior e o exterior da célula, pela plasmalema, chama-se potencial da membrana (ψ). O bombeamento de prótons por esse sistema gera, do interior para o exterior da célula, uma força próton-iônica.

A força próton-iônica pode ser calculada a partir da equação:

 

O potencial eletroquímico para prótons (ΔμH+) é função da diferença de pH (ΔpH) e do potencial pela membrana (ψ). Assim, ambos, ΔpH e ψ, são capazes de energizar o transporte. Entretanto, o transporte é otimizado em ambiente ácido. Como o pH do apoplasma é geralmente ácido (5,0 a 6,0), e o K m para H+ baixo, a protonação do carregador dificilmente seria um fator limitante do transporte.

Cátions podem ser absorvidos, via transportadores de íons, a favor de um gradiente de potencial eletroquímico. Entretanto, ânions, aminoácidos e açúcares são absorvidos contra um gradiente de potencial eletroquímico ou contra um gradiente de concentração.

São os gradientes próton-iônicos que permitem o transporte (simporte) de sacarose e de monossacarídios contra elevados gradientes de concentração.

O transportador de sacarose (SUT1, sucrose transporter 1) já foi localizado ao longo de todo o floema, desde as regiões-fonte até as regiões-dreno. Do mesmo modo, já foi localizada no floema uma isoforma da H+-ATPase específica da membrana plasmática.

A sacarose é transportada para dentro das CC por cotransporte com prótons (simporte). O transporte de sacarose nessas circunstâncias mostra cinética de saturação com o aumento da concentração de sacarose. Foi observado um Km aparente para sacarose de 1 mM, enquanto o Km aparente para H+ é apenas de 0,7 μM.

Existe especificidade de transporte para a sacarose. O transporte de sacarose é um cotransporte, mesmo sendo a sacarose uma molécula neutra. A evidência mais notável do cotransporte de H+ e sacarose é a indução por esta da entrada de H+ no floema. O transporte (influxo) de H+ via cotransporte (H+/sacarose) causa uma despolarização nas membranas das células do floema e, como consequência, ocorre um efluxo de íons K+, cujos teores são normalmente elevados no floema.

Há uma substancial redução no carregamento de sacarose no floema quando o apoplasto sofre uma variação (aumento) de pH. Em beterraba-açucareira, foi observada uma redução de cerca de 40% no carregamento do floema quando o pH externo variou de 5,0 para 8,0.

Vários pesquisadores observaram que a adição de sacarose aos cotilédones de Ricinus provocou um aumento de pH do meio externo de 0,1 a 0,2 unidade de pH. O pH volta aos valores originais cerca de 30 min após a retirada da sacarose do meio.

A estequiometria do processo de cotransporte, observada em Ricinus, foi de 3 H+/sacarose.

Quando é feita a perfusão do sistema vascular com sacarose (25 mM), ocorre um aumento do pH da solução (perfusato). Essa alcalinização (0,6 a 0,9 unidade de pH) é temporária, retornando-se ao pH original em torno de 30 a 60 min após o início do processo. De várias soluções de açúcares testadas nesses experimentos de perfusão (sacarose, manitol, glicose, frutose e galactose), apenas a sacarose mostrou esse efeito sobre a variação do pH.

Os custos energéticos do transporte de sacarose podem ser estimados a partir da relação 1 ATP/sacarose. Estima-se que 0,3% do ATP derivado dos fotoassimilados pode ser usado nesse processo. Entretanto, cálculos feitos a partir do consumo de O2 no processo de absorção indicam uma estequiometria de 1,1 a 1,4 ATP/sacarose.

 

Visão geral do carregamento e descarregamento do oema No conceito inicial sobre transporte no floema proposto por Münch em 1930, os tubos crivados são vistos como estruturas longitudinais impermeáveis, formadas por sequências unidas de células dos EC, onde ocorre um processo de fluxo de massa de solutos. Esse fluxo é dirigido por um gradiente de pressão que vai das regiões de maior concentração de solutos (fontes) para as de menor concentração de solutos (drenos); entretanto, os tubos crivados não são hermeticamente fechados, mas sim canais porosos, com entrada e saída contínua de solutos (Thompson, 2006).

A absorção de sacarose pelos elementos crivados gera um gradiente de pressão hidrostática entre as áreas de carregamento e as áreas de descarregamento do floema, ou seja, entre a fonte e o dreno.

O aumento da pressão hidrostática nas áreas-fonte é também resultado da atividade de outro tipo de proteína de transporte, as aquaporinas (ver

Capítulo 1). Estas permitem que a água que circula na planta via xilema seja absorvida pelo floema. Outras substâncias, como aminoácidos e principalmente K+, também contribuem para a formação desse gradiente de pressão.

O enunciado de Münch tem levado à suposição, equivocada, de que o floema funcionaria como uma “mangueira de jardim”, com a pressão distribuindo solutos igualmente ao longo do sistema. Entretanto, como observado por Thompson (2006), o floema é mais parecido com um “capilar”, e a pressão de turgor a longa distância não pode ser usada para o controle do fluxo no floema.

O transporte de longa distância no floema está ligado a uma família de proteínas conhecida como transportadora de açúcares. Análises da atividade do gene SUT1 (sucrose transporter 1), que codifica para transportador de sacarose em plantas de fumo e batata-inglesa, mostraram que o carregamento do floema ocorre via transporte de reservas do apoplasma para os EC por meio da plasmalema, com mediação desses transportadores.

O complexo EC/CC, com as CC ricas em citoplasma e organelas, é o local de carregamento do floema. Pesquisas com carbono marcado (14C) mostraram que a cinética de aparecimento de sacarose marcada nas CC é idêntica à cinética de exportação da sacarose nos EC. Contudo, a concentração elevada de sacarose do complexo EC/CC, em torno de 0,3 a 0,8 M, aponta ser esse sistema o ponto de entrada de açúcares na célula.

O sistema EC/CC apresenta uma grande superfície de membrana, que possibilita o carregamento do floema. Em folhas de beterraba-açucareira, o fluxo de açúcares para dentro do sistema foi calculado em 16 ρmol cm–2 s–1, o que permite os fluxos pelo sistema de 3,2 ηmol de sacarose por cm2 por min (3,2 ηmol cm–2 s–1)

Na Figura 6.9, é mostrado um esquema geral do carregamento e descarregamento do floema. Todo o processo tem início naturalmente com a fixação de CO2 no cloroplasto das células do mesofilo. De lá, trioses-fosfato deslocam-se para o citosol, onde ocorre a síntese de sacarose. A sacarose presente no citosol pode ser deslocada para o vacúolo, onde é acumulada.

A energia para esse processo origina-se do gradiente de H+ que é criado entre o vacúolo e o citosol, que aciona o sistema de transporte tipo antiporte

(Figura 6.10 A).

A sacarose livre no citosol das células do mesofilo desloca-se para o apoplasto, de onde pode ser absorvida pelas CC por um sistema transportador via simporte. Novamente, são os gradientes de H+ entre o apoplasto e as CC que geram a energia para esse transporte. Observa-se

ainda que, na Figura 6.10, está indicada a possibilidade de absorção da sacarose do apoplasto diretamente para as células crivadas. A sacarose assim absorvida desloca-se ao longo do sistema crivado, podendo eventualmente passar de novo para o apoplasto nas áreas próximas aos tecidos-dreno, graças aos consideráveis gradientes de sacarose formados entre o floema e o apoplasto nessa área, como já descrito. As células da região-dreno podem então absorver diretamente a sacarose que foi deslocada para o apoplasto, via simporte, ou é possível haver a hidrólise do dissacarídio com a formação de glicose e frutose, que podem igualmente ser absorvidas pelas células-dreno por cotransporte com um próton.

As trocas entre citosol e vacúolo nas células dos tecidos-dreno seguem o mesmo esquema, inclusive energético, descrito para as células do mesofilo.

Figura 6.10 Modelo hipotético do impacto que a diferença da força próton-motriz (ΔC = Δψ – Δψ ) entre as células do complexo EC/CC (elementos crivados/células EC/CC PV

 

companheiras) e as células do parênquima vascular (PV) exerce na partição dos fotoassimilados em plantas que fazem o transporte via simplástica (A e B) ou apoplástica (C). Nas espécies em que as células do complexo EC/CC são carregadas via apoplástica, o deslocamento de fotoassimilados para os drenos terminais é mais eficiente (C), enquanto nas outras espécies nas quais há o carregamento simplástico do floema ocorrem perdas maiores para os drenos axiais (A e B). Adaptada de Hafke et al. (2005).

 

A sacarose é sintetizada exclusivamente no citoplasma das células do mesofilo pela sintetase de sacarose-fosfato.

A transferência dessa sacarose é feita da seguinte maneira:

• Entre células do mesofilo

• Das células do mesofilo para a proximidade das nervuras • Das proximidades da nervura para as células do floema.

A Figura 6.10 dá ênfase à ideia de que as pressões que se desenvolvem entre a fonte e o dreno, embora extremamente importantes para o transporte de solutos no floema, não são, necessariamente, suficientes para explicar o fenômeno do transporte na sua totalidade.

O fluxo no floema é muito influenciado pelos mecanismos de carga e descarga de solutos e pelo influxo de água nas células do sistema crivado. Isso põe em evidência os mecanismos geradores de gradientes protoniônicos, em consequência da força próton-motriz ao longo de todo o sistema de transporte no floema. A síntese e a atividade das proteínas de transporte e a disponibilidade de energia são fundamentais nesse processo.

O fluxo de sacarose a partir do complexo EC/CC até o apoplasma pode se dar por simples difusão, a favor de um gradiente de concentração, isto é, alta concentração no sistema EC/CC e menor concentração no apoplasto.

Ao longo do floema, é possível haver deslocamento lateral de solutos em direção aos drenos axiais. A distribuição de solutos entre o sistema EC/CC e o parênquima vascular depende do potencial de membrana por

meio da membrana plasmática de cada um desses sistemas (Figura 6.11).

Os fotoassimilados que se movimentam no floema podem sair do complexo EC/CC e circular pelo apoplasma, de onde podem ser transportados de volta ao sistema EC/CC ou para o interior das células do PV. Em um experimento com plantas nas quais os solutos se deslocam principalmente via apoplástica como em Vicia e Solanum, ou com plantas em que os solutos se deslocam predominantemente via simplástica, como em Curcubita e Ocium, Hafke et al. (2005) observaram que a partição dos solutos do apoplasma entre EC/CC e PV se correlacionou fortemente com a força próton-motriz de cada um desses grupos de células. O componente principal da força próton-motriz nesse caso é o potencial da membrana (Ψ). Assim, quando a diferença do potencial da membrana entre os dois grupos de células é maior que 1 (dEC–CC/dPV > 1), deve ocorrer uma intensa reassimilação dos solutos do apoplasma. Todavia, quando a relação é menor que 1 (dEC–CC/dPV < 1), o acúmulo de solutos pelas células do parênquima vascular é predominante.

Esses resultados indicam que o deslocamento de fotoassimilados em direção aos drenos terminais (frutos, flores, raízes etc.) é favorecido em

plantas nas quais o transporte via apoplástica é dominante. A Figura 6.11 exemplifica essa situação.

 

O que é transportado

Açúcares

Embora no estudo do transporte de açúcares pela membrana plasmática de células vegetais seja dada ênfase aos dissacarídios, ocorre também o transporte de monossacarídios (glicose, frutose, manose e ribose). O primeiro gene clonado que codifica para transportador de hexose foi o HUP1 (hexose transporter). Como já comentado, para que um sistema de transporte de hexoses tenha significado biológico, é necessário que se formem, simultaneamente, invertases que transformam sacarose em glicose e frutose.

Quando se coletam exsudados do floema, encontram-se vários açúcares, tanto monossacarídios (glicose, galactose, frutose) quanto dissacarídios (sacarose) e oligossacarídios (rafinose, estaquiose). Também são encontrados açúcares modificados, como o sorbitol e o manitol, que são

derivados alcoólicos (Figura 6.12).

As substâncias transportadas em maior quantidade no floema são os açúcares não redutores do grupo da rafinose (sacarose, rafinose, estaquiose e verbascose). Desse grupo, a sacarose é o açúcar transportado em maior quantidade, embora outros açúcares também estejam presentes. Rafinose e estaquiose, por exemplo, são comumente transportados no floema. O manitol também é encontrado com frequência no floema. Os açúcares redutores, como a glicose, a frutose e a manose, quase nunca são encontrados no floema.

A sacarose é o açúcar transportado em maior volume no floema, podendo atingir concentrações que variam de 0,3 a 0,9 M. Em termos gerais, a concentração de sacarose no floema da maioria das plantas fica em torno de 12 e 120 mg de açúcar por mℓ de seiva.

 

Figura 6.11 Açúcares-alcoóis: sorbitol e manitol.

 

Outros elementos transportados

O nitrogênio (N) é transportado no floema, predominantemente sob a forma de aminoácidos e amidas. Os aminoácidos usados nesse transporte são principalmente o ácido aspártico, o ácido glutâmico e as suas amidas asparagina e glutamina, respectivamente. A concentração de aminoácidos na seiva do floema pode variar de acordo com a época do ciclo de desenvolvimento da planta e a disponibilidade de nutrientes. Criado et al. (2017) verificaram alterações no perfil de aminoácidos transportados via floema em plantas de cevada, em resposta a condições de cultivo com baixa suplementação de fósforo.

Além das formas orgânicas, foi verificado em pesquisas recentes o transporte do N-NO – via floema, sendo os seguintes transportadores de 3

nitrato das famílias NPF/NRT envolvidos nesse fluxo: NPF1.1 (NRT1.12), NPF1.2 (NRT1.11), NPF2.9 (NRT1.9), NPF2.13 (NRT1.7), NRT2.4 e

NRT2.5 (Figura 6.13; O’Brien et al., 2016). Em plantas fixadoras de nitrogênio, em particular nas variedades tropicais, o nitrogênio pode também ser transportado sob as formas de ácido alontoico ou alantoína.

O potássio, que é transportado no xilema com o nitrato (K+/NO – 3), pode também ser transportado no floema, geralmente junto a ácidos orgânicos (R–COO–), principalmente ao malato. Outros nutrientes, como o cálcio, o enxofre e o ferro, que são transportados para a parte aérea das plantas, via xilema, também o são no floema. O cálcio e o ferro são nutrientes de baixa mobilidade na planta. Isso significa que, uma vez localizados em alguma parte do tecido vegetal, não são remobilizados para outras partes ou tecidos. Sintomas de deficiência de ferro, como a clorose de topo, ou seja, a clorose que ocorre nas folhas mais jovens ou folhas em desenvolvimento, resultam dessa imobilidade. Como há uma movimentação de nutrientes no sentido fonte–dreno, e como esses elementos ficam retidos nos locais-fonte, a sua deficiência se faz sentir nos locais–dreno, onde existe uma demanda maior desses nutrientes para o metabolismo dos tecidos jovens.

Figura 6.12 Modelo esquemático fonte–dreno: folhas mais velhas e outras folhas são fontes para o desenvolvimento de flores e frutos (drenos).

Figura 6.13 Visão geral das proteínas de transporte envolvidas na absorção e translocação de formas orgânicas e inorgânicas de N.

 

O nitrogênio e o fósforo, por sua vez, compreendem nutrientes de grande mobilidade na planta. Quando de uma deficiência de P ou N no solo, a planta remobiliza o nitrogênio e o fósforo que estavam nos tecidos-fonte e os desloca, via floema, para os tecidos-dreno. Esses elementos deslocam-se no floema como compostos orgânicos (p. ex., aminoácidos). Por isso, em caso de deficiência de N, observa-se uma clorose nas folhas mais velhas (folhas-fonte), ao contrário da deficiência de Fe, que provoca uma clorose nas folhas jovens (folhas–dreno).

Sob condições de estresse, há um aumento da concentração de diversas moléculas na seiva do floema, o que está relacionado com a necessidade de transporte de longa distância de moléculas sinalizadoras, muitas das quais incluindo fotossintatos, fitormônios, microRNA (miRNA) e Pi (Lin et al., 2013). Estudos de transcriptômica mostram que milhares de moléculas de RNAm se movem, a longa distância, de órgãos-fonte para tecidos-dreno meristemáticos.

Análises quantitativas da população de RNAm no floema mostraram que muitos transcritos são altamente enriquecidos, em comparação ao tecido vascular adjacente. Em virtude de os EC maduros não terem núcleo e, portanto, não produzirem RNAm, o modelo proposto é que os RNAm presentes nessas células se originem das CC adjacentes. Um mecanismo seletivo precisa operar para permitir o tráfico desses RNAm para o interior dos EC, possivelmente por meio de nanocanais citoplasmáticos dentro dos plasmodesmos (Ham e Lucas, 2016). Complexos de ribonucleoproteínas desempenham papel central como sistema estável de liberação de RNA para essa translocação. Análise da ontogenia dos RNAm (genes) presentes no floema de muitas espécies de plantas indica que esses transcritos são abundantes para processos associados a funções celulares, metabolismo, desenvolvimento, sinalização e estresse biótico e abiótico (Zhang et al., 2016).

Os pequenos RNA (sRNA – small RNA) também são encontrados nos vasos do floema, e experimentos têm estabelecido que o sinal para o silenciamento gênico se move pelo sistema vascular das plantas. Análises do RNA extraído de vasos do floema já mostraram que os RNA pertencentes às classes de pequenos RNA interferentes (siRNA) e miRNA, ambos envolvidos em rotas de silenciamento gênico em nível transcricional e pós-transcricional, estão presentes no floema.

Diversos miRNA são transportados pelo floema no sentido parte aérea-raiz, em resposta a condições de cultivo sob “fome” de fosfato, incluindo miR827, miR2111a e miR399d (Huen et al., 2017). O miRNA 399 é um sinal de longa distância associado à regulação da homeostase de fosfato inorgânico em plantas, uma vez que regula pós-transcricionalmente o gene PHO2, que, por sua vez, regula negativamente os transportadores PHOSPHATE1 (PHO1), em associação ao carregamento de Pi para o xilema, e o PHT1, responsável por absorção de Pi. Os níveis do miRNA 399 na seiva do floema são fortemente elevados em plantas sob deficiência de Pi (Pant et al., 2008).

As proteínas podem ser transportadas também no floema. O movimento das proteínas-P na direção fonte–dreno indica que, ao contrário do que se supunha, elas não ficam imobilizadas na camada parietal das células dos elementos crivados, onde formariam agregados, e existem evidências de que possam ser translocadas para outras partes da planta. Essas proteínas têm peso molecular entre 20 e 60 kDa e são transferidas das CC para os EC via plasmodesmos. A velocidade de deslocamento dessas proteínas nos EC chega a 40 cm h–1.

O transporte de proteínas ocorre também pelo plasmodesmo. Pelo menos, esse movimento já foi observado nas células próximas do complexo EC/CC. Para que isso aconteça, entretanto, é preciso que haja uma modificação nos plasmodesmos a fim de superar o limite de exclusão desse sistema condutor, que, na maioria das vezes, situa-se em torno de 1 kDa. Experiências feitas com Curcubita maxima mostram a existência de transporte nos plasmodesmos de células do mesofilo de proteínas na faixa de 10 a 200 kDa. Estima-se que existam em torno de 200 proteínas solúveis no floema, embora nem todas tenham sido identificadas.

Todo esse material se desloca no floema em solução, o que significa que, embora a sacarose seja referida como a substância encontrada em maior quantidade no floema, fala-se de solutos. Em termos absolutos, a substância deslocada em maior volume no floema é realmente a água.

Além dessas substâncias referidas, deslocadas no floema em maior volume, circulam por esses vasos os hormônios vegetais, como as auxinas, as giberelinas, a citocinina e o ácido abscísico (ABA).

O RNA também circula via simplástica e entra na corrente de transporte do floema. Ruiz-Medrano et al. (1999) apresentaram evidências de que plantas vasculares têm um mecanismo que permite a translocação seletiva de moléculas de RNAm para transporte de longa distância via floema e sugeriram um papel dessas moléculas na sinalização, por meio de estudos com o RNAm denominado CmNACP, que é transportado para tecidos apicais via floema e pertence à família NAC. RNA de vírus também circulam pelas plantas via floema. Já foi observado o transporte de RNA viral patogênico com capacidade de codificar proteínas, e com genoma da ordem de 250 a 350 nucleotídios.

 

Saída da sacarose

O escoamento da sacarose das células do mesofilo para o espaço livre foi estimado em 120 ρmol de sacarose por cm2 min–1. Esse valor é muito maior que o esperado em um sistema de escoamento passivo. A conclusão é de que deve haver a intermediação de um sistema de transporte por difusão facilitada. A saída de açúcares para o espaço livre é aumentada pela presença de K+, o que pode indicar um mecanismo de cotransporte K+/açúcares.

O descarregamento do floema é extremamente importante para a agricultura. Patrick (1997) o considera um dos elementos-chave na determinação da produtividade.

Fotoassimilados chegam às regiões subapicais das extremidades das raízes, via descarregamento, pelo protofloema. Isso significa que também na região meristemática do ápice radicular existem conexões pelos plasmodesmos que ligam as células dessa região às células do sistema crivado.

Nas sementes, a conexão entre os tecidos mais velhos e os mais novos pode ser interrompida. Nesses sistemas, é necessário haver um descarregamento de solutos no apoplasma para posterior recarregamento nas células mais jovens.

Embora o sistema de descarregamento do floema e deslocamento de solutos para os drenos ainda não esteja completamente esclarecido, uma regra geral já pode ser estabelecida: o descarregamento de solutos no floema para o apoplasma é quase sempre uma etapa necessária, isso em virtude, principalmente, dos elevados gradientes de concentração que se desenvolvem pela plasmalema entre o sistema crivado e o apoplasma.

 

Transporte fonte–dreno

Os experimentos clássicos sobre o transporte de açúcares começaram a ser feitos ainda no século 17, por Malpighi, utilizando o descascamento do caule em forma de anel (anelamento). Quando um anel é feito em um galho de árvore, os nutrientes acumulam-se na parte superior ao anelamento, enquanto, na parte inferior, ocorre uma depleção de açúcares e outros nutrientes. Esses experimentos foram complementados mais recentemente com o uso de radioisótopos. Quando se aplica às plantas CO 2 marcado (com um isótopo radioativo de carbono; 14C ou 11C), estas fixam o CO2 na fotossíntese e formam vários compostos, principalmente açúcares fosfatados (P-açúcares), mas também sacarose. Esses elementos incorporam o C-marcado em sua estrutura e permitem, por autorradiografia, que se determinem quais compostos estão acumulando na parte superior ao anelamento. Trabalhos como esses mostraram, inequivocamente, que o anelamento resulta em acúmulo, na parte superior do anel, de elementos normalmente transportados no floema (açúcares redutores, açúcares não redutores, aminoácidos e amidas).

 

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