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Glicina-betaína

Glicina-Betaína, composto chave contra o estresse hídrico

A glicina-betaína é um composto quaternário de amônio amplamente distribuído em plantas superiores e sintetizado em alta taxa em muitas espécies de plantas em resposta a vários tipos de estresse ambiental. 

Apesar do nome Glicina , a Glicina-Betaína não é um aminoácido. Mesmo levando o nome do aminoácido Glicina ela é um composto chamado Quaternário de Amônio , derivado da Colina. Sua principal função pode ser proteger as células vegetais, mantendo o equilíbrio osmótico. Estabilizar a estrutura de proteínas, como Rubisco; proteger o aparelho fotossintético e seu desempenho como eliminação de Espécies reativas de Oxigênio (EROS).

Quadro resumo sobre compostos capazes de inibir o efeito de Espécies Reativas de Oxigênio (EROs) em plantas.
Fonte : Agrotécnico

A Glicina-betaína é mais conhecida por amenizar estresses causados por seca, salinidade alta, ou alta temperatura. Qualquer um desses estresses ativará inúmeras enzimas, reduzindo assim o estresse na cultura.

A nível celular, ao reduzir a quantidade de água no ambiente, a água flui do citoplasma para o exterior da membrana, resultando em volume reduzido nos tecidos (a murcha visível que vemos em muitas plantas) e taxa fotossintética reduzida nas células.

A partir daqui, a o sistema fisiológico vegetal passa a produzir substâncias destinadas a compensar a concentração do soluto no citoplasma relacionado ao meio externo para reduzir a perda de água das células.

Portanto, o metabolismo vegetal se organiza para produzir certos compostos e mecanismos fisiológicos de regulação do potencial osmótico das células, o que é muito interessante quando as plantas sofrem com grande perda de água ou entrada de elementos tóxicos. Um desses compostos é a glicina Betaína, além da, já bem conhecida, Prolina, entre outros. 

O grande diferencial deste composto é que diferentemente do mecanismo de acúmulo de íons (K+, Na+)  na célula, o acúmulo de glicina betaína na célula não causa danos a estrutura proteica, nem nas funções das enzimas e muito menos na integridade da membrana. Permitindo que a água permaneça nas células, protegendo-as da desidratação.

Síntese de Glicina-Betaína

Em termos de biossíntese, a maioria dos organismos vivos sintetiza glicina betaína em duas etapas a partir do processo de oxidação da colina. No que diz respeito às enzimas utilizadas pelas bactérias, a obtenção do intermediário betaína aldeído é diferente, mas nas plantas utilizam-se a monooxigenase colina. A glicina-betaína é obtida usando betaína aldeído desidrogenase, a segunda etapa é comum em todas as espécies. 

íntese da glicina-betaína no cloroplasto. (Fonte: MUNÔZ-CLARES & VELASCO-GARCIA, 2004). via Bezerra ,2015.

A glicina-betaína está envolvida na biossíntese de moléculas essenciais e pode ser mais importante no processo de formação de metionina. Tem sido relatado também que, sob condições de estresse, a glicina betaína produzida pelas plantas pode estabilizar as estruturas de proteínas e regular a atividades de enzimas. 

Como as plantas ajustam-se osmoticamente a solos secos segundo Taiz e Zaiger.

Para entender melhor o mecanismo fisiológico envolvido no processo de de ajuste osmótico em que a Glicina-Betaína faz parte, ninguém melhor que Taiz e Zaiger. 

O deslocamento de compostos só é possível quando o potencial hídrico cai ao longo da trajetória solo-planta-atmosfera. Quando o potencial hídrico da rizosfera diminui devido à déficit hídrico ou salinidade, desde que o potencial hídrico seja inferior ao da água do solo, as plantas continuarão a absorver água para realizar o ajuste osmótico.

ajuste osmótico é a capacidade das células vegetais de acumular solutos e reduzir o potencial hídrico durante o estresse osmótico. O ajuste envolve um aumento no conteúdo de soluto em cada célula, que não tem nada a ver com a mudança de volume causada pela perda de água. 

Para exemplificar seria como se a planta aumentasse a concentração de sais (como o sal de cozinha) no seu interior para assim “forçar” a entrada de água no seu interior. 

O ajuste osmótico pode ser realizado de duas maneiras principais, uma envolvendo vacúolos e a outra envolvendo o citoplasma. As plantas podem absorver íons no solo ou transportar íons de outros órgãos da planta para as raízes, portanto, a concentração de soluto das células nesse órgão aumenta. Por exemplo, devido ao efeito dos íons de potássio na pressão osmótica intracelular, o aumento da absorção e do acúmulo de potássio causará uma diminuição no potencial osmótico. 

No entanto, existem problemas potenciais ao usar íons para reduzir o potencial osmótico. Alguns íons em baixas concentrações (como sódio ou cloro) são essenciais para o crescimento da planta, mas concentrações mais altas podem ter efeitos prejudiciais no metabolismo celular. Outros íons, como íons de potássio, são necessários em grandes quantidades, mas em altas concentrações, eles geralmente causam danos às membranas celulares ou proteínas, o que pode ter efeitos prejudiciais nas plantas. Durante o processo de ajuste osmótico, o acúmulo de íons se limita principalmente aos vacúolos, evitando o contato com enzimas citosólicas ou organelas. 

Por exemplo, muitos halófitas (plantas adaptadas à salinidade) usam a compartimentação de Na + e Cl– para promover o ajuste osmótico para manter ou aumentar o crescimento em um ambiente salino.

Quando a concentração de íons no vacúolo aumenta, outros solutos devem se acumular no citoplasma para manter o equilíbrio do potencial de água entre as duas partes. Esses solutos são chamados de solutos compatíveis (osmólitos compatíveis).

Alguns desses solutos, como a glicina-betaína e prolina , também parecem ter uma função osmoprotetora, protegendo as plantas de subprodutos tóxicos formados durante períodos de escassez de água. Tal função também proporciona uma fonte de carbono e nitrogênio para a célula quando as condições retornam ao normal.

Cada família vegetal tende a usar um ou dois solutos compatíveis preferencialmente a outros. A síntese de solutos compatíveis necessita de energia, pois é um processo metabólico ativo. A quantidade de carbono utilizada para a síntese desses solutos orgânicos pode ser um tanto grande, razão pela qual tal síntese tende a reduzir a produtividade da cultura.

Solutos compatíveis 

Eles são compostos orgânicos osmoticamente ativos nas células, mas em altas concentrações, eles não perturbam a estabilidade da membrana nem interferem nas funções enzimáticas, como os íons. As células vegetais toleram altas concentrações desses compostos sem comprometer o metabolismo. Os solutos compatíveis comuns incluem aminoácidos como a prolina, álcoois de açúcar como o sorbitol e compostos quaternários de amônio como a glicina betaína.

Alguns desses solutos (como a prolina e glicina betaína) também atuam como proteção osmótica, que pode proteger as plantas de subprodutos tóxicos formados durante a escassez de água e fornecer às células uma fonte de carbono e nitrogênio quando as condições voltam ao normal. Cada família de plantas tende a preferir um ou dois solutos compatíveis. A síntese de solutos compatíveis requer energia porque é um processo metabólico ativo. A quantidade de carbono usada para sintetizar esses solutos orgânicos pode ser muito grande, razão pela qual essa síntese reduz a produtividade da cultura.

Conclusão

A Glicina-Betaína está entre os principais tipos de solutos compatíveis, onde também estão prolina, sorbitol e manitol que merecem uma nova postagem.

Os mecanismos de adaptação das plantas são realmente complexo e para que consigamos entender é preciso separa cada mecanismo em uma parte , para , dessa forma, compreender como podemos proporcionar a planta um uso mais eficiente de todas as estratégias usadas na agricultura atual.

Fazer a aplicação externa deste composto ( Glicina-betaína) não garante , necessariamente que o resultado ocorrerá exatamente como ocorre de maneira natural nas plantas, mas através do entendimento de como os processos funcional e como a planta responde é possível manejar essa resposta fisiológica com grande sucesso e retorno produtivo.

Neste texto trouxemos com certo detalhe como a Glicina-Betaína pode contribuir para amenizar impactos de estresses , principalmente , salino e hídrico. Sua síntese e modo de ação para tal efeito fisiológico.

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Elaboração do artigo: Deyvid Bueno, Equipe Agrotécnico , Engenheiro Agrônomo pelo Universidade Federal de Mato Grosso, Especialização em fertilidade do solo e nutrição de plantas pela FAZU, atualmente na Fertiláqua como Gerente de Desenvolvimento de Mercado.

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