O documento discute a biossíntese da oleorresina de pinus. Explica que as coníferas produzem metabólitos secundários como terpenos para defesa, que são sintetizados nos dutos resiníferos e armazenados. A produção destes compostos é induzida por estresses como ataques de besouros ou fungos.

1. OLEORESINA DE PINUS - A sua biossíntese
Alejandro CUNNINGHAM
alexcunn@uol.com.br – 13 de Setembro 2005 - para ANIPIN RA # 20

2. “OS PINOS NÃO TEM PÉS”
As plantas estão rodeadas de inimigos
potenciais. Todos os ecossistemas tem uma
ampla variedade de bactérias, vírus, fungos,
insetos, mamíferos e herbívoros, que
amenação as plantas.
COMPOSTOS QUÍMICOS ORGÂNICOS NATURAIS
conhecidos como METABÓLITOS SECUNDÁRIOS defendem as
plantas contra essa variedade de inimigos potênciais.
As coníferas são plantas efetivas em sua adaptação ao meio
ambiente, em seus mais de 200mi anos de existência, desde o
ártico até as zonas tropicais, e durante a sua vida que pode chegar
em alguma variedade até os 4000 anos.
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 -2-

3. OLEORESINA DE PINUS
A sua biossíntese
1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E
SECUNDÁRIOS
2) BIOSSÍNTESE
3) OLEORESINOSIS
4) O PARADIGMA DA RESINAGEM
5) CONCLUSÕES
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 -3-

4. METABÓLITOS METABÓLITOS
PRIMÁRIOS SECUNDÁRIOS
Encontram-se em todas as Distribuídos diferencialmente entre
plantas. grupos taxonómicos limitados.
Função: influenciam interações
Função: Nutrição, crescimento
ecológicas entre a planta e o meio
e desenvolvimento.
ambiente.
Biossíntese: não são facilmente distinguidos uns dos outros, na base de
suas moléculas precursoras, estrutura química ou origem biossintético.
Nucleótidos, aminoácidos, Terpenos, compostos nitrogenados e
açucares, ácidos orgânicos, etc. compostos fenolados.
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5. METABÓLITOS SECUNDÁRIOS
TERPENOS (25.000 compostos diferentes)
Derivados biossinteticamente do ISOPENTENIL
DIFOSFATO (5 átomos de carbono). α-pineno
(terebintina), ácido abiético (breu), carotenoides,
taxol, limoneno, oleos esenciais, borracha.
COMPOSTOS NITROGENADOS (12.000 comp.)
Contem um o mais átomos de nitrogenio. Alcaloides,
glicosidos, cafeina, nicotina, cocaina, morfina,
atropina.
COMPOSTOS FENOLADOS (8.000 comp.)
Formados por um o dois aneis aromáticos e um grupo
funcional OH. Taninos, flavonoides, lignina,
coumarina, vainillina, ácido salicílico.
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6. -6-
Os TERPENOS derivam da união SESQUITERPENOS
de uma o mais moléculas de
ISOPENTENIL DIFOSFATO
(IPP)
=
farnesil
difosfato
dimetilalil difosfato
alexcunn@uol.com.br - Setembro 2005
geranil geranil geranil
difosfato difosfato
MONOTERPENOS DITERPENOS

7. LUZ SOLAR
CO2
FOTOSSÍNTESE BIOSSÍNTESE
AÇUCARES
METABÓLITOS
VIVER
PRIMÁRIOS
METABÓLITOS
DEFENDER-SE
SECUNDÁRIOS
H2O
MICRONUTRIENTES
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 -7-

8. A GOMA RESINA DE PINUS
Um Metabólito Secundário
1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E
SECUNDÁRIOS
2) BIOSSÍNTESE
3) OLEORESINOSIS
4) O PARADIGMA DA RESINAGEM
5) CONCLUSÕES
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 -8-

9. Agora vamos tentar responder as seguintes perguntas:
•Quais são os caminhos da biossíntese dos metabólitos secundários?
•Quais são os caminhos da biossíntese dos terpenos e onde ocorrem?
•Quais são as enzimas envolvidas nos primeiros passos da biossíntese
dos terpenos?
•Onde estão guardadas as fórmulas para a produção das enzimas
envolvidas na biossíntese dos terpenos?
•Qual é o mecanismo que deslancha a expressão gênica para a
produção das enzimas responsáveis da biossíntese dos terpenos?
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 -9-

10. •Quais são os caminhos da Taiz, L.; Fisiologia Vegetal
biossíntese dos C02 + Fotossíntese (2004) :312
metabólitos secundários?
Metabólitos Primários
Eritrose-4-fosfato Fosfoenolpiruvato Piruvato 3-PGA
Ciclo do ácido tricarboxílico Acetil CoA
Aminoácidos alifáticos
Rota do Ácido Chiquímico Rota do Ácido Malónico Rota do Ácido Mevalónico Rota MEP
Aminoácidos Aromáticos
1 2
Compostos
Nitrogenados Compostos
Fenólicos Terpenos
Metabólitos Secundários
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 10 -

11. •Quais são os caminhos da biossíntese dos terpenos e onde ocorrem?
- 11 -
METAB. PRIMÁRIO METAB. SECUNDÁRIO
2.5.1.21
Triterpenos (C30) FPP Sesquiterpenos (C15)
2.5.1.29
2.5.1.10
2.5.1.1
1 CITOPLASMA
IPP 5.3.3.2
DMAPP CELULAR
?
5.3.3.2 PLASTIDOS
DMAPP
IPP
alexcunn@uol.com.br - Setembro 2005
2 2.5.1.29 2.5.1.10
2.5.1.1 METAB. SECUNDÁRIO
2.5.1.29
GPP Monoterpenos (C10)
Tetraterpenos GGPP Diterpenos (C20)
(C40) METAB. SECUNDÁRIO
METAB. PRIMÁRIO

12. •Quais são as enzimas envolvidas nos primeiros pasos da biossíntese dos terpenos?
2.5.1.1 2.5.1.10 2.5.1.21
Dimethylallyltransferase Geranyltranstransferase Farnesyl-diphosphate
farnesyltransferase
5.3.3.2
2.5.1.29 Isopentenyl-diphosphate
Farnesyltranstransferase delta-isomerase
?
http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/enzymes/ec2/ec05/ec01/index.html
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 12 -

13. Estam se patenteando as enzimas envolvidas na biossíntese dos
terpenos com fins farmacêuticos.
Exemplo de duas patentes de um total de 19 identificadas desde 1999 até esta data.
www.uspto.gov
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14. •Onde estão guardadas as fórmulas para a produção das enzimas envolvidas na
biossíntese dos terpenos?
DNA
1) Transcrição
2) Processamento
Expressão
NUCLEO Gênica
mRNA
CITOPLASMA
4) Tradução
3) Transporte ao citoplasma
ENZIMA
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15. •Qual é o mecanismo que deslancha a expressão gênica para a produção das enzimas
responsáveis da biossíntese dos terpenos?
ATAQUE de BESOURO + FUNGO
ou FERIMENTO NO CAULE DO PINUS
São sinales ELICIDADORAS
que deslancham a EXPRESSÃO GÊNICA
para a produção das ENZIMAS
que biossintetizam os TERPENOS (OLEORESINA)
que são armazenados nos DUCTOS RESINIFEROS.
A resposta aos ELICIDADORES e múltipla, e deslancha também a
biossíntese de taninos (fitoalexinas), lignina, e produz uma resposta
geral de hipersensibilidade na área afetada (floema).
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 15 -

16. A GOMA RESINA DE PINUS
Um Metabólito Secundário
1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E
SECUNDÁRIOS
2) BIOSSÍNTESE
3) OLEORESINOSIS
4) O PARADIGMA DA RESINAGEM
5) CONCLUSÕES
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 16 -

17. OLEORESINOSIS
BIOSSÍNTESE
AÇUCARES CUSTO /
BENEFICIO
METABÓLITOS
VIVER
PRIMÁRIOS
METABÓLITOS
DEFENDER-SE
SECUNDÁRIOS OLEORESINA
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18. OLEORESINOSIS
•A OLEORESINOSIS produzida por muitas coníferas pode haver
evoluido como defensa contra ataques de inseto + fungo.
•A OLEORESINA é uma mistura de monoterpenos, sesquiterpenos,
diterpenos e compostos neutros.
•A OLEORESINA no caule do pinus é sintetizada permanentemente
pelas células epiteliais que forman a parede interna dos dutos
resiníferos no xilema. A OLEORESINA e armacenada com pressão
positiva.
•Algumas espécies de Pinus apresentam uma resposta induzida no
floema (lugar da invasão) a um ataque patogênico.
Tesis: Faldt, Jenny (2000)
Volatil constituents in conifers and conifer-related
wood decaying fungi.
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 18 -

19. Fatores ambientais sob a resposta
constitutiva e induzida em Pinus taeda.
María J. Lombardero, et all.; Ecology Letters, 3(2000) : 329-339
FLUXO DE RESINA
MAIOR MENOR
DEFESA STRESS – CRESCIMENTO CRESCIMENTO
CONSTITUTIVA LIMITADO RÁPIDO
É UMA FUNÇÃO DO TAMANHO DA
RESERVA DE CARBOHIDRATOS
DEFESA ARVORES DE
INDUZIDA MELHOR CRESCIMENTO
PRIORIDADE EM ALOCAÇÃO DE
CARBOHIDRATOS APÓS INDUÇÃO
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 19 -

20. Mudança na produção de etileno e a concentração de
monoterpenos em Pinus elliotti e Pinus taeda,
após a inoculação com fungos transportados pelo besouro.
Michael P. POPP, Jon D. JOHNSON and Mark S. LESNEY; Tree Physiology 15 (1995) :807-812
monoterpeno (mg gDW-1)
etileno (pl gDW-1 min-1)
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 20 -

21. Regulação da Oleoresinosis em Abies Grandis
Christopher L. Steele, et all.; Plant Physiology 116(1998) :1497-1504
Após fazer uma ferida no caule do Abeto foi detectado o seguinte:
< 2 horas = transcrição gênica para a produção de enzimas para a
biossíntese de monoterpenos.
Os monoterpenos atuam como toxinas para os insetos e seus fungos
patogênicos associados.
> 3 horas = transcrição gênica para a produção de enzimas para a
biossíntese de sesquiterpenos e diterpenos.
Os sesquiterpenos atuam como solventes para a mobilização dos
diterpenos (ácidos resínicos) responsáveis de bloquear a ferida.
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 21 -

22. Origem biossíntetico dos metabolítos secundários: causa de
uma resposta variável das plantas lenhosas a fertilização?
Julia Koricheva, et. all.; Chemoecology 8 (1998) : 133-139
“Os terpenos nas plantas lenhosas estão armazenados em
compartimentos multicelulares complexos, como ser os ductos
resiníferos, a construção deles pode estar limitada pela
disponibilidade de nitrogênio. Por tanto foi sugerido que a
produção de terpenos geralmente pode estar limitada pelo número
e tamanho dos compartimentos de armazenamento, mais que pela
disponibilidade de carbono para a sintesis dos terpenoides....”
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 22 -

23. O metil jasmonato induze cambios que copiam a defesa
anatómica em diversas espécies de Pinaceas.
J. W. HUDGINS, et all.; Tree Physiology 23 (2003) :361-371
Um ferimento em P. pungens induze a
formação de ductos resiníferos na
interface cambio-xilema.
O tratamento com metil jasmonato em
P. pungens induze o desenvolvimento de
ductos resiníferos.
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 23 -

24. Custo metobólico para a acumulação de
terpenoides em plantas superiores.
JONATHAN GERSHENZON; Journal of Chemical Ecology 20 (1994) :1281-1328
Não há evidencia de uma rápida catabolização dos terpenoides nas
plantas superiores.
Custo da biossíntesis para a acumulação de terpenoides:
1 g de a-pineno = 3,54 g de glucosa
Balanço de massa?
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 24 -

25. OLEORESINOSIS
ESTRATEGIA DE CUSTO/BENEFICIO
ANTES DO ATAQUE
DEFESA CONSTITUTIVA = CUSTO FIXO
•BIOSSÍNTESE DE OLEORESINA
•DUCTOS RESINÍFEROS
APÓS O ATAQUE
DEFESA INDUCIDA = CUSTO VARIAVEL
•denovo BIOSSINTESE DE OLEORESINA
•DUCTOS RESINÍFEROS TRAUMÁTICOS
DEFESA SISTÉMICA = REALOCAÇÃO DE CUSTO FIXO
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 25 -

26. A GOMA RESINA DE PINUS
Um Metabólito Secundário
1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E
SECUNDÁRIOS
2) BIOSSÍNTESE
3) OLEORESINOSIS
4) O PARADIGMA DA RESINAGEM
5) CONCLUSÕES
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 26 -

27. Paralelismo entre a ecologia vegetal e a técnica de resinagem
Inseto - Besouro
(Dendroctonus spp., ESTRIADOR
Ips spp.)
Fungo associado PASTA
ao inseto. ESTIMULANTE
(Ophiostoma spp.) LIBERADORA
DE ETILENO
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 27 -

28. Sistemas de Resinagem
Espinha de peixe Americano
Estria descendente (cada ~2 dias) Estria ascendente (cada 12 a 20 dias)
sem estimulação química. com estimulação química.
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 28 -

29. Paradigma
ENGENHARIA TÉCNICA DE ECOLOGIA FISIOLOGIA
FLORESTAL RESINAGEM VEGETAL VEGETAL
•Manejo •Ferimento •Ataque de •Sinalização do
•Fertilização Mecânico besouros etileno
•Micronutrientes •Estimulação •Ataque de •Indução da
Química fungos formação de
ductos resiníferos
Área localizada
Planta / Solo / Clima no caule do pinus Célula Vegetal
A vida toda do pinus Semanas Dias
Safra Dias Horas
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30. A GOMA RESINA DE PINUS
Um Metabólito Secundário
1) METABÓLITOS PRIMÁRIOS E
SECUNDÁRIOS
2) BIOSSÍNTESE
3) OLEORESINOSIS
4) O PARADIGMA DA RESINAGEM
5) CONCLUSÕES
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 30 -

31. OS PINOS
NÃO TEM PÉS
alexcunn@uol.com.br – Setembro 2005 - 31 -