BIOQUMICA DE LA GERMINACIN

BIOQUMICA EN LA GERMINACIN

I. INTRODUCCINLa germinacin es el proceso mediante el cual una semilla colocada en un medio ambiente se convierte en una nueva planta. Este proceso se lleva acabo cuando el embrin se hincha y la cubierta de la semilla se rompe. Para lograr esto, toda nueva planta requiere de elementos bsicos para su desarrollo: luz, agua, oxigeno, y sales minerales. El ejemplo ms comn de germinacin, es el brote de un semillero a partir de una semilla de una planta floral o angiosperma. Sin embargo, el crecimiento de una hifa a partir de una espora micotica se considera tambin germinacin. En un sentido ms general, la germinacin puede implicar todo lo que se expande en un ser ms grande a partir de una existencia pequea o germen. La germinacin es un mecanismo de la reproduccin sexual de las plantas. Por eso y ms la germinacin puede considerarse como uno de los procesos ms importantes en el desarrollo de la vida ya que las plantas constituyen la mayor parte de poblacin del planeta, son las que purifican el oxgeno y son el sustento de los seres vivos.

II. OBJETIVOS

GENERALExplicar los procesos bioqumicos en la germinacin de las plantas

ESPECFICOS Determinar el proceso de germinacin como un proceso de vital importancia en el desarrollo de las plantas.Comprender el comportamiento bioqumico de la semilla en el proceso de la germinacin.

III. FUNDAMNETO TERICO

LA GERMINACIN:La germinacin es el conjunto de fenmenos por los cuales el embrin, que se halla en estado de vida latente dentro de la semilla, reanuda su crecimiento y se desarrolla para formar una plntula.

1. LAS HORMONAS VEGETALES Y CRECIMIENTO DEL GRANO Las plantas, para crecer, adems de agua, nutrientes, luz solar y dixido de carbono, necesitan hormonas. Las fases del desarrollo vegetal estn reguladas por diferentes sustancias qumicas reguladores de crecimiento, fitohormonas y hormonas vegetales.

DEFINICINLas hormonas vegetales son unas sustancias orgnicas que se encuentran a muy baja concentracin, se sintetizan en determinado lugar de la planta y se translocan a otro, que es donde ejercen sus efectos reguladores; hasta el momento se conocen cinco grupos de fitohormonas: AUXINAS

El trmino auxinas del griegoAuxeinaumentar, crecer, agrupa a una serie de compuestos qumicos naturales o sintticos que causan diversos efectos biolgicos a las diferentes especies vegetales variados efectos en una misma especie, dependiendo de la etapa fenolgica en que se efecte su aplicacin. Como ejemplo de la variedad de respuestas, la Auxina ms tpica es el cido Indolactico (AIA) deriva del triptfano y se sintetiza principalmente en pices del brote y en las races; se transportan de clula a clula por el floema. Entre algunas respuestas fisiolgicas, provoca estimulacin del crecimiento del tallo, estimulacin de la divisin celular, inhibicin del crecimiento radical, control sobre la diferenciacin del sistema vascular y sobre la dominancia apical, retraso en la senescencia, promocin de la floracin, as como amarre y maduracin de frutos (Larqu-Saavedra y Rodrguez-Gonzlez, 2004). Una de las aplicaciones ms importantes que se le adjudican a los compuestos auxnicos es la estimulacin de la formacin de races en la reproduccin de ejemplares.

Efectos fisiolgicos de las auxinas

A. Crecimiento y formacin de races.

Debido a que las auxinas influencian tanto la divisin, como el crecimiento y diferenciacin celular, estn involucradas en muchos procesos del desarrollo, en algunos de ellos interactuando con otras fitohormonas. Diversos bioensayos han sido descritos para analizar respuestas a auxinas, los cuales han sido tiles en la identificacin de compuestos con actividad tpica de auxinas y de plantas mutantes con defectos en la sntesis, metabolismo o respuestas a auxinas. Uno de los ensayos que caracterizan el efecto de auxinas en el desarrollo es la regulacin del crecimiento radicular el cual es definido desde el desarrollo embrionario (Jenik & Barton 2005). Mientras las auxinas estimulan el crecimiento de los tallos y coleoptilos, inhiben el crecimiento de la raz primaria, pero estimulan la formacin de races secundarias. La concentracin ptima para el promover elongacin de tallos es entre 10-6 y 10-5 M, sin embargo, en races esta concentracin es muy alta y retarda su crecimiento. Las auxinas adems promueven la biosntesis de la hormona etileno que inhibe el crecimiento radicular. Niveles menores a 10-9 M de IAA ser- an capaces de inducir crecimiento de raz, pero no ocurrira a niveles normales endgeno ms altos. El proceso de rizognesis est ntimamente asociado a la divisin celular. Una prctica comn en horticultura es aplicar auxinas para favorecer el enraizamiento de esquejes. En tcnicas de cultivo de tejidos se utilizan auxinas y citocininas para promover la divisin celular y la diferenciacin de races y tallos, respectivamente. Las auxinas estimulan a la divisin de clulas localizadas en el periciclo en la zona justo arriba de la zona de elongacin para provocar la formacin de races laterales. Este fenmeno tambin se aplica en la formacin de races adventicias la cual puede ocurrir en varios tejidos donde existan un grupo de c- lulas en activa divisin. Regulacin de tropismos. Mientras el crecimiento puede ser definido como un proceso irreversible derivado de la elongacin celular, los tropismos son movimientos de crecimiento direccionales en respuesta a un estmulo tambin direccional. El efecto que tienen las auxinas sobre el crecimiento de tallos y races es importante para controlar los tropismos. Estas respuestas se concretan con curvaturas, giros o inclinaciones que realizan los tallos y races hacia un estmulo de luz (fototropismo), de gravedad (geotropismo o gravitropismo), o de contacto (tigmotropismo). Estos crecimientos direccionales se explican con el modelo clsico de Cholodny-Went, el cual describe que una distribucin lateral diferencial de auxina en el tallo o raz es responsable del crecimiento diferencial del rgano. En el caso del fototropismo, la auxina que se produce en el pice, en vez de ser transportada hacia la base, es transportada lateralmente hacia el lado sombreado. Asimismo, se han encontrado varias protenas que actuaran como receptoras para el fototropismo (fototropinas). Una de ellas, NPH1, es fosforilada en un gradiente lateral durante la exposicin a luz azul lateral. De acuerdo con el modelo clsico, la fosforilacin en gradiente de NPH1 inducira de alguna manera el movimiento de auxina hacia el lado no iluminado del tallo o coleoptilo. Sin embargo, la regulacin de la respuesta fototrpica es ms compleja, pues la actividad de sta y otras fototropinas vara dependiendo la calidad de luz y la accin de fitocromos (Esmon et al. 2005). Una vez en el lado opuesto de la luz, la auxina es transportada en forma basip- tala a la zona de elongacin, donde acelerara el crecimiento de esa zona con respecto a la zona iluminada, provocando la curvatura hacia la luz. De forma similar, el mismo modelo se puede aplicar para explicar las respuestas de tallos y races a la gravedad. Durante la respuesta geotrpica, si una planta en crecimiento se coloca de lado, el tallo tiende a curvarse hacia arriba y las races hacia el suelo. Cuando la planta est en posicin horizontal, la fuerza de la gravedad hace que la auxina se distribuya mayormente en la parte inferior del tallo o raz. Mientras en el tallo las auxinas estimulan el crecimiento de la parte inferior (ocasionando una curvatura hacia arriba), en races un mayor nivel de la hormona inhibe el alargamiento de las clulas, por lo tanto, las de la cara superior se alargan ms y la raz se curva hacia abajo. Esta re-distribucin de auxina en la raz podra deberse a la percepcin de la gravedad por algunas clulas que se localizan en el casquete, caliptra o cofia (Hou et al. 2004). Estas clulas (estatocitos) contienen los llamados estatolitos correspondientes a amiloplastos que sedimentan en repuesta al vector gravitacional. Una ubicacin basal de los estatolitos ocasionara un transporte polar de auxina a lo largo del lado inferior desde la cofia hacia la zona de elongacin de la raz, donde retardara el crecimiento.

B. Dominancia apical.

La distribucin en gradiente de auxina desde el pice primario hacia la base de la planta reprime el desarrollo de brotes axilares laterales a lo largo del tallo, manteniendo as lo que se denomina como dominancia apical (Thimann 1977).

C. Abscisin de rganos.

Las auxinas tienen un efecto general negativo sobre la abscisin de los rganos, retardando especialmente la cada de hojas, flores y frutos jvenes. El movimiento de la auxina fuera de la lmina foliar hacia la base del pecolo parece prevenir la abscisin inhibiendo la accin de la hormona etileno, principal efector de la formacin de la zona de abscisin. Cuando los tejidos foliares envejecen, la produccin de auxinas decrece, dando paso as a la accin del etileno y progresin de la abscisin. Sin embargo, tambin se han descrito casos en que aplicaciones de auxina exgena en el lado opuesto de la zona de abscisin (cerca al tallo) aceleraran el efecto del etileno sobre la abscisin (van Doorn & Otead 1997).

D. Desarrollo de flores y frutos.

Plantas que son tratadas con inhibidores de transporte de auxinas o plantas mutantes defectuosas en transportar auxina muestran deformidades en las inflorescencias y en la arquitectura floral, lo que sugiere que esta hormona es necesaria para un adecuado desarrollo de flores (Pfluger & Zambryski 2004). De igual manera la aplicacin de auxina en forma exgena induce el desarrollo floral en varias especies. Asimismo, auxina contribuye con el crecimiento normal de frutos. Un ejemplo clsico lo constituyen aquenios de frutilla que fallan en completar su crecimiento (cuaje) cuando se les ha retirado las semillas, fuentes de auxina endgena. Sin embargo, la aplicacin de auxina a estos frutos sin semillas es capaz de restaurar el desarrollo de frutos normales. Adems auxina tendra un efecto positivo sobre la maduracin de algunos frutos al promover de alguna manera la sntesis de etileno.

E. Diferenciacin vascular.

Las auxinas controlan la divisin celular en el cambium donde ocurre la diferenciacin de las clulas que darn origen a los elementos de floema y xilema. Su mayor efecto se advierte en la diferenciacin del xilema. El nmero de elementos de xilema que se forman en tallos decapitados tratados con AIA es proporcional a la cantidad de hormona aplicada (Bhalerao et al. 2002).

F. Mecanismos de accin Crecimiento y elongacin celular.

Las auxinas promueven el crecimiento de las plantas principalmente por un aumento de la expansin celular. De acuerdo con la hiptesis del efecto cido sobre el crecimiento, las auxinas estimulan la actividad de la bomba de protones (H+-ATPasa) localizada en la membrana plasmtica a travs de dos mecanismos: activacin de las bombas preexistentes y por induccin de sntesis de nuevas H+-ATPasas. La extraccin de protones hacia la pared celular genera una reduccin del pH (acidificacin) lo que a su vez activara protenas que rompen enlaces de hidrgeno entre los constituyentes de la pared. Los candidatos ms probables para este papel inicial son las expansinas, protenas de pared que favoreceran inicialmente a la plasticidad de la clula. Otras enzimas hidrolticas actuaran posteriormente y la clula crecera como resultado de la presin de turgor generada por la vacuola y por el depsito de nuevos materiales, cuya sntesis y transporte tambin parecen ser regulados por auxinas (Hager 2003). Las auxinas tambin inducen la sntesis de giberelinas, hormonas que promueven el crecimiento del tallo, por lo que las auxinas tambin estimularan el crecimiento en forma indirecta.

G. Receptores de auxinas.

Por muchos aos la bsqueda de receptores para auxinas se ha basado en el estudio respuestas caractersticas como la elongacin de coleoptilos y la induccin de races o tallos regulado por el balance auxinas y citocininas Extractos de distintas especies han sido usados para obtener fraccionamientos sub-celulares en bsqueda de protenas capaces de unir IAA y auxinas sintticas (Jones 1994). Protenas candidatas han sido distinguidas en fracciones de membrana, de retculo endoplsmico y citoplsmicas. Una de ellas, ABP1 (por auxin binding protein) fue por algn tiempo considerada como un posible receptor, debido a que plantas que carecan de ella perecan. Sin embargo, ABP1 no se asemeja a otros receptores hormonales y no cumple con regular mltiples genes afectados por auxina, ni explicar todos los efectos causados por la hormona. Por su localizacin en retculo endoplsmico ABP1 podra estar involucrada en conjugacin o transporte intracelular de auxina. Sin embargo, analizando mutantes de respuesta a auxina, recientemente se logrado identificar una protena, TIR1, como el receptor de auxina. TIR1 es una protena del tipo caja F, que se une a reguladores transcripcionales AUX/IAA que reprimen genes que responden a auxina y los marca para ser ubiquitinados y luego degradados por el proteasoma 26S. La unin de auxina a TIR1 activara su interaccin con AUX/IAA incitando la degradacin de estos represores (Dharmasiri et al. 2005a; Kepinski & Leyser 2005). En Arabidopsis existiran otras 4 protenas caja F que cumpliran funcin similar a TIR1 y entre todas gobernaran las seales de auxinas (Dharmasiri et al. 2005b).

H. Expresin gentica.

La auxina rpidamente ocasiona la acumulacin transitoria de tres familias de genes: SAURs (por small auxin upregulated RNAs), genes tipo GH3 y Aux/IAA (Abel & Theologis, 1996). Aunque se desconoce la funcin exacta de muchos de estos genes, varios de ellos estn involucrados en conjugacin y degradacin de auxina y en mermar la seal por la hormona. Por ejemplo, las protenas AUX/IAA forman dmeros con los factores de transcripcin ARF inhibiendo la unin a elementos de promotor que responden a auxina (AuxREs; Liscum & Reed 2002). Una vez degradados AUX/IAA, los factores ARFs pueden formar homodmeros e inducir la expresin de varios genes blanco y desatar distintas respuestas fisiolgicas comnmente medidas como respuestas de crecimiento. La induccin de muchos de estos genes ocurre en cuestin de minutos, como es el caso de los genes SAUR (small auxin up-regulated RNAs), los que se localizan en la zona de mayor elongacin de tallos durante respuestas trpicas (Li et al. 1991). La expresin de otros puede tardar horas, implicndolos en respuestas de largo plazo. Entre stos que se expresan ms tardamente estn genes que codifican a enzimas tipo GST (glutatin S-tranferasa; estimulados tambin por exposicin a metales y otras condiciones de estrs), as como genes que codifican para ACC sintasas, enzimas clave en la biosntesis de etileno (ver Captulo 16).

I. Auxinas sintticas y sus usos comerciales.

Tras el descubrimiento de la estructura del IAA, se han obtenido compuestos qumicos estimulantes del crecimiento basados en auxinas naturales (Fig. 2). En un principio se analizaron otros compuestos con anillo indlico, como el cido indol butrico (IBA) y derivados del naftaleno como el cido naftalenactico (NAA) y el cido naftoxi-2-actico (NOA), que tambin resultaron activos. IBA fue clasificado inicialmente como una auxina sinttica, pero es un compuesto endgeno de la planta, ms eficiente que IAA en promover formacin de ra- ces laterales y es usado comercialmente con este propsito. Posteriormente, el anlisis de algunos cidos fenoxiacticos con actividad auxnica, llev al descubrimiento del 2,4- diclorofenoxiactico (2,4-D). A partir de ste se desarrollaron varios compuestos con actividad auxnica, como el cido 2-metoxi, 3,6-dicloro benzoico (dicamba), el cido 2,4 diclorofenoxibutrico (2,4-DB), el cido 2-metil, 4-cloro fenoxiactico (MCPA) y el cido 2,4,5- triclorofenoxiactico (2,4,5-T), todos con propiedades herbicidas cuando se emplean a concentraciones elevadas. Una combinacin de 2,4-D y 2,4,5-T constituy el nefasto agente naranja utilizado como arma qumica en la guerra de Vietnam con la finalidad de deshojar el bosque tropical. Esta mezcla result txica por la presencia de dioxina, un producto secundario originado de la produccin de 2,4,5-T. Hoy en da 2,4-D es una herbicida de uso comn. Las auxinas sintticas, que se usan en forma de aerosol o de polvo, tienen varias aplicaciones en la agricultura. Entre sus usos estn frenar el brote de yemas de tubrculos de papas, destruir hierbas de hoja ancha (2.4-D, 2,4-DB, 2,4,5-T) y prevenir la cada prematura de frutos (NAA) y ptalos de flores. Estos compuestos tambin se usan para obtener frutos sin semillas (partenocrpicos) como tomates, higos y sandas, y para estimular el crecimiento de races en esquejes (IBA, NAA). GIBERELINAS

Las giberelinas son el grupo ms numeroso de hormonas vegetales que se conoce en la actualidad; existen ms de 100 giberelinas en plantas superiores, pero unas pocas tienen actividad biolgica. La mejor conocida del grupo, es el cido giberlico GA3, producido por el hongo Giberella fujikuroi. Las giberelinas son sintetizadas en los primordios apicales de las hojas, en puntas de las races, en los frutos, tejidos jvenes y semillas en desarrollo. Se sintetizan por la va de los terpenoides. Algunos de los efectos que induce esta hormona es la induccin del crecimiento del tallo, regulacin de la transicin entre la fase juvenil y el adulto, induccin de la floracin y la determinacin sexual de la flor, induccin de la germinacin adems de promover la enlongacin intermodal. La respuesta ms observada en las plantas superiores, es un incremento notable de crecimiento del vstago: a menudo, los tallos se vuelven largos y delgados, con pocas ramas, y las hojas palidecen, estimula la produccin de la enzima a-amilasa y otras enzimas en la germinacin de granos de cereales para la movilizacin de las reservas de la semilla. CITOCININAS Sntesis, degradacin y transporte Las citocininas son hormonas esenciales en el accionar de varios procesos vinculados al crecimiento y desarrollo de las plantas y relacionados a la accin de varios genes. Se trata de derivados de la base adenina que en su posicin N6 muestra varias substituciones, no teniendo la adenina sola, efecto hormonal alguno. El reconocimiento que citocininas pudiesen corresponder a hormonas vegetales se inici con el descubrimiento de la kinetina en la poca de los 50, siendo este un artefacto producto de la degradacin del ADN en esperm- tidas de arenque sometidas al autoclavado (temperatura y presin). Su efecto hormonal fue visualizado rpidamente al inducirse, en compaa de auxina, diferentes tipos de morfognesis en tejidos de tabaco y de otras especies bajo condiciones in vitro. Un alto nivel de citocinina vs. auxina provocaba la formacin de brotes en tejidos derivados de explantes de mdula, mientras que con niveles bajos de citocininas y/o conjuntamente niveles altos de auxina, se observaba la formacin de masas celulares no organizadas (callos) y la formacin de races con gradientes mayores de auxina (Skoog & Miller 1965). Posteriormente se descubri la existencia natural de citocininas en diferentes especies (como tambin en procariontes) siendo la zeatina, inicialmente hallada en semillas de maz (Zea mays) la ms frecuente y abundante, junto a su ribsido (Letham 1973). Junto a la zeatina se detectaron otros compuestos de accin semejante en el endosperma lquido de coco o agua de coco (Caplin & Steward 1948). Segn su origen se pueden distinguir dos tipos de citocininas: aquellas naturales generadas por las plantas y otras artificiales, sintetizadas por el hombre. Todas las citocininas naturales se generan a partir de DMAPP (va del cido mevalnico, Fig. 3) y 5-AMP (Fig. 6) y su sntesis acontece principalmente en la raz, aunque tambin en el meristema apical y en semillas inmaduras (Kakimoto 2003a). La mayora de las citocininas naturales y artificiales conservan la base adenina, aunque a las segundas se les ha ligado diversas molculas, generndose as, por ejemplo, la benciladenina (BA) o la furfurilaminopurina (kinetina). Posteriormente fue sintetizado otro tipo totalmente diferente de estructura, sin la base adenina, con accin biolgica idntica a las citocininas como el tidiazurn (TDZ) (Fig. 7). Los reguladores sintticos como BA, kinetina o TDZ, son ms potentes que las hormonas naturales endgenas (zeatina, trans-zeatina o isopentiladenina), debido no slo a sus particularidades especficas, sino tambin a que, salvo algunos reportes contrarios, las artificiales no pueden ser degradadas o metabolizadas por el tejido. TDZ es considerado uno de los inductores ms potentes en la formacin de nuevos brotes o embriones somticos tanto en plantas leosas como herbceas (Huetteman & Preece 1993). Adicionalmente, las citocininas naturales pueden existir como hormonas activas con la base de adenina libre o como formas conjugadas con azcares, como la ribosa o ribosa 5- fosfato enlazadas al N9 de la base adenina (Fig. 6). En estos casos, las citocininas conjugadas muestran prdida de actividad en ensayos biolgicos. Las citocininas se localizan en ambos sistemas conductores, floema y xilema y su presencia se considera como una posible seal vinculada con un dficit de nutrientes en el suelo. Experimentos con injerto de plantas, han tratado de demostrar el transporte de estas hormonas desde la raz hacia las partes areas, aunque esta movilizacin ascendente an no parece estar muy bien establecida. En cuanto a su degradacin, las citocininas pueden ser inactivadas por O-glicosilacin en el grupo hidroxilo terminal en citocininas tipo zeatina o por N-glicosidacin en el N3 o N7 de la adenina. El primer efecto es reversible, considerndose esta forma como de reserva o almacenamiento. Adems, las formas activas pueden ser degradadas por la accin de citocinin-oxidasas que reconvierten a varias en su base adenina o sus derivados. EL ACIDO ABCISICO El cido abcsico (ABA) se caracteriza por inhibir muchos fenmenos de crecimiento en las plantas superiores (antagonista de auxinas, citoquininas y giberelinas), y por estar asociada a la dormicin de yemas y semillas; y como su nombre lo indica, a la abscisin de hojas, tolerancia al estrs ambiental principalmente al estrs hdrico promoviendo la sntesis de protenas protectoras, promueve el crecimiento de la raz y el cierre de estomas. Esta hormona juega un papel regulador en respuestas fisiolgicas como el letargo, abscisin de hojas. La biosntesis tiene lugar en semillas, frutos, tallos y races.

EL ETILENO El etileno es una hormona natural de la planta que se conoce desde hace muchsimos aos, fue usado en Egipto en donde se trataban con gas los higos para estimular su maduracin. Se produce en casi todos los rganos de las plantas superiores, aunque la tasa de produccin depende del tipo de tejido y su estado de desarrollo. Promueve la maduracin de los frutos (climatricos) y la senescencia (flores y hojas), induce la abscisin de las hojas y promueve el crecimiento lateral (prdida de gravitropismo) la cual es importante durante la germinacin.

1.2 ALGUNOS DE LOS EFECTOS FISIOLGICOS MS IMPORTANTES CAUSADOS POR HORMONAS VEGETALES EN LAS PLANTAS.

2. IMBIBICINLa germinacin es el conjunto de fenmenos por los cuales el embrin, que se halla en estado de vida latente dentro de la semilla, reanuda su crecimiento y se desarrolla para formar una plntula.Para la germinacin de una semilla deben cumplirse tres condiciones de acuerdo a Hartman y Kester, que el embrin sea viable (que est vivo), que los factores externos sean favorables y que no presente factores internos que impidan la germinacin. (Marasssi, 2013)Adems es necesario que el embrin se transforme en una plntula que sea capaz de valerse por s misma, mediante mecanismos metablicos y morfogenticos, conocidos como proceso de germinacin.

El proceso de germinacin est constituido por varias fases:1. Absorcin de agua por la semilla o imbibicin2. Activacin del metabolismo y proceso de respiracin, sntesis de protenas y movilizacin de sustancias de reserva3. Elongacin del embrin y ruptura de la testa a travs de la cual se observa salida de la radcula. (Hopkins, 2006)2.1 Imbibicin: es el proceso de absorcin de agua por la semilla. Se da por las diferencias de potencial hdrico (mtrico) entre la semilla y la solucin de imbibicin. Este proceso consta de tres fases:a) incremento rpido en la absorcin de aguab) fase de estabilizacin y movilizacin de nutrientesc) absorcin de agua que generalmente coincide con el proceso de germinacin (Figura 2).El agua es esencial para la rehidratacin de las semillas y se debe considerar factores para la absorcin del agua por una semilla .Estos son:1) las relaciones hdricas de la semilla 2) la relacin entre la semilla y su substrato, el cual en la naturaleza es el suelo (Bewley y Black 1983).

El agua penetra a travs de los tegumentos, la micrpila, la lente (estrofolo), las paredes y las membranas celulares y se liga por uniones de hidrgeno a los coloides y otras sustancias elctricamente cargadas. Al inicio el ingreso de agua es rpido. Las macromolculas y estructuras se rehidratan y recuperan sus formas funcionales, durante este periodo, los solutos de bajo peso molecular pueden perderse desde la semillas. Al inicio el ingreso de agua es rpido. Las macromolculas y estructuras se rehidratan y recuperan sus formas funcionales, durante este periodo, los solutos de bajo peso molecular pueden perderse desde la semillas.

Figura 2. Fases del proceso de germinacin en Phaseolus vulgaris. (Fuente: Laboratorio de fisiologa y bioqumica vegetal, Departamento de Biologa, Universidad Nacional de Colombia)La geminacin se inicia con la imbibicin y termina con la emergencia. La imbibicin es la toma de agua por parte de la semilla seca, sin importar si sta se encuentra viable o no, y la emergencia es el proceso por el cual el eje embrionario en especies dicotiledneas o radcula en monocotiledneas crece, se extiende y atraviesa las estructuras que lo rodean. La absorcin de agua por parte de la semilla est directamente influenciada por la presencia de la testa y la permeabilidad que sta tenga. El tejido de reserva absorbe agua a una velocidad intermedia hasta completar su hidratacin. Durante la germinacin ocurre procesos secuenciales y sincronizados y son reconocidos de tal manera que los procesos anablicos y catablicos toman lugar de manera simultnea. La absorcin inicial de agua en la Fase 1 (llamada imbibicin) es una consecuencia de las fuerzas mtricas (ym) de las paredes celulares y los contenidos de las clulas de la semilla y esta absorcin ocurre sin consideracin a s una semilla posee latencia o no, es viable o no. La fase II es el periodo de retraso de absorcin de agua, cuando el potencial mtrico es alto (menos negativo), como es el potencial osmtico o de soluto (yp). Semillas muertas y latentes mantienen este nivel de tpica hidratacin de la fase II, pero al contrario de semillas germinando ellas no entran a la fase III, la cual est asociado con la protrusin de la radcula. Las longitudes de cada una de estas fases depende de ciertas propiedades inherentes de las semillas (contenido de substratos hidratables, permeabilidad de la cubierta de las semillas, absorcin de oxgeno, tamao de la semilla, etc) y de las condiciones durante la exposicin al agua (por ejemplo, niveles de humedad, composicin del substrato, temperatura, etc). Partes diferentes de una semilla, particularmente una semilla grande, pasar a travs de estas fases a tasas diferentes . (SUREZ & MELGAREJO, 2006) Movilizacin de nutrientes: durante el proceso de germinacin, en cereales por ejemplo, las reservas de nutrientes principalmente almidn y cuerpos proteicos son convertidos en compuestos bsicos como azcares simples y aminocidos que son transportados y oxidados para suplir el crecimiento y la elongacin del embrin (Taiz y Zeiger 2006).La testa claramente es una barrera para la absorcin de agua en las leguminosas la cual sirve para proteger al embrin seco del efecto de dao causado por una rpida absorcin de agua, un rol de un considerable valor adaptativo. Esta concepcin da una mayor significancia a las rupturas en la testa, porque ellas pueden facilitar la absorcin de agua y permitir que ocurra una rpida imbibicin, con los consecuentes efectos sobre los cotiledones y el rendimiento de la semilla

La tasa de imbibicin se ve afectada por varios factores que pueden determinar la respuesta a la germinacin de las semillas.

1. Permeabilidad de la cubierta seminal 2. Concentracin de sales del agua 3. Temperatura 4. Presin hidrosttica 5. rea de la semilla en contacto con agua 6. Fuerzas intermoleculares 7. Absorcin diferencial por rganos de la semilla

Las semillas estn compuestas de diversos rganos. Estos se pueden agrupar, arbitrariamente en las siguientes categoras: a) Cubierta seminal (testa, pericarpo, etc.) b) Tejidos nutritivos de reserva (cotiledones, endosperma, perisperma, etc.) c) Eje embrionario (compuesto de radcula, plmula y estructuras asociadas). Estos componentes absorben agua a diferentes velocidades y magnitudes.Paralelamente a la imbibicin y como consecuencia de esta se reactiva la actividad respiratoria en la semilla La respiracin en las semillas ha sido diferenciada en cuatro etapas. La primera es un rpido aumento de la respiracin, ya las mitocondrias son activadas y la replicacin mitocondrial se estimula, llevando al inicio de la gluclisis, seguida por el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones en las mitocondrias. Se cree que el sustrato es principalmente la glucosa. En la segunda etapa, la respiracin se mantiene estacionaria alrededor de 15 a 20 horas desde el comienzo de la imbibicin, debido a que el oxgeno no difunde con velocidad suficiente segn la necesidad de la semilla y el camino metablico se deriva a la fermentacin. La restriccin al rpido flujo de oxgeno al embrin es causada por la resistencia que le ofrecen los tegumentos. En la tercera etapa, la radcula ha crecido y alcanzado la testa que aparece con fisuras en varias partes. Esto facilita la entrada de oxgeno, lo que incrementa nuevamente la respiracin, a la que contribuye el mayor nmero de mitocondrias y de enzimas activas. Comienza la sntesis proteica, inicialmente del ARNm pre almacenado, seguido de la transcripcin y translacin de nuevo ARNm a medida que los genes involucrados en la germinacin se activan. En la cuarta fase, se produce una disminucin de la respiracin causado por el agotamiento de las reservas, que todava la fotosntesis de la plntula no compensa

2.2 Sntesis y Activacin de los Sistemas Enzimticos En esta fase ocurren dos fenmenos fundamentales para la germinacin. El primero es la reactivacin de las enzimas, inactivadas por la extrema desecacin y, el segundo, la sntesis de otras inexistentes Para iniciar el crecimiento del embrin las reservas de la semilla se movilizan, convertidas de la forma insoluble a la soluble, o a formas derivadas transportable y/o metabolizables. El sistema mejor estudiado es indudablemente del endosperma de los cereales. Durante la germinacin, se producen enzimas como amilasas y maltasas las que rompern el endosperma amilceo a glucosa. Estas enzimas son producidas en la capa de aleurona que rodea al endosperma. El embrin sintetiza Giberelinas que desligan este proceso. Si el embrin se remueve de las semillas la degradacin del endosperma no se produce aun bajo largos periodos de incubacin. Sin embargo si el embrin aislado se coloca sobre una superficie cercana al resto de la semilla, se produce la degradacin del almidn.En los cotiledones de las semillas que almacenan lpidos, los cidos grasos son liberados de los cuerpos lipdicos por lipoxigenasas, entran en los glioxisomas (pequeas organelas) donde sucesivos ciclos de oxidacin generan acetyl-coA, que ser usada para formar succinato en el ciclo del glioxilato. Este acido orgnico ingresa a la mitocondria y al ciclo de Krebs. El oxalacetato obtenido del ciclo de las cidos tricarboxlicos actuar posteriormente como sustrato para la sntesis de sacarosa. Los estudios en los granos se cereales han demostrado que el control de las enzimas que intervienen en la movilizacin de las reservas de las semillas es ejercido por el embrin. Si se elimina el embrin la degradacin de las sustancias del endospermo no se produce. Las Gas desempean un papel muy importante en la germinacin mediante la induccin de la sntesis de -amilasa y su posterior secrecin desde las capas aleuronales al endospermo. Este proceso es inhibido por el ABA.

Degradacin de las sustancias de reserva. Las enzimas degradan las reservas de la semilla y ponen a disposicin del embrin no slo los nutrientes, sino tambin energa generada por la fermentacin y la respiracin de los sustratos solubilizados. Es as como los hidratos de carbono insolubles (almidn, inulina) son degradados por hidrolasas a monosacridos solubles, como la glucosa, fructosa, etc. Los triglicridos, principales lpidos de reserva de muchas leguminosas, son degradados en tres orgnulos: cuerpos lipdicos, mitocondrias y glioxisomas, son descompuestos a glicerol y cidos grasos. Las protenas de reserva son hidrolizadas a aminocidos por proteinasas. En los cereales y otras gramneas, las protenas de reserva se encuentran en forma de cuerpos proteicos en la capa de aleurona y en menor cantidad, en el endosperma

2.3 Elongacin de las clulas del embrin y emergencia de la radcula Al final de la fase III, el embrin dispone de suficientes nutrientes para crecer normalmente. Todos los productos de la hidrlisis nutren al embrin, para el inicio de su crecimiento.

3. GERMINACIN EN OLEAGINOSASLasplantas oleaginosassonvegetalesde cuyasemillaofrutopuede extraerseaceite, en algunos casos comestibles y en otros casos de uso industrial. Las oleaginosas ms sembradas son lasoja, lapalma elaeis, elman, elgirasol, elmazy ellino. Cada planta, a su vez, puede tener otros usos econmicos, como el lino, del que pueden extraerse fibras textiles, harinas y semillas alimenticias, o el maz, la soja y el man, cuyos frutos o semillas tambin pueden ser comidos, o elnogal, del que puede extraerse tambinmadera. Otras plantas oleaginosas son elcrtamo, lacolza(aceite de canola), elolivo, elnogal, elricino, elssamo, lajojoba, eltung, elalmendro, elarroz(aceite de salvado de arroz) y lauva.Primero se rompe el isocitrato (C6) por la enzima isocitrato liasa, para dar succinato (C4). Este succinato es exportado a la mitocondria. A continuacin, la malato sintasa combina una segunda molcula de acetil CoA con glioxiliato para producir malato.El malato es entonces oxidado por la malato deshidrogenasaa oxalacetato, que puede combinarse con otro acetil CoA para continuar el ciclo. El glioxilato producido se mantiene en el ciclo operante en el glioxisoma, pero el succinato es exportado a la mitocondria para ser procesado.La funcin mitocondrial; el succinato transportado desde el glioxisoma a la mitocondria es convertido en malato por las reacciones del ciclo del cido ctrico. El malato resultante puede ser exportado al exterior de la mitocondria en un intercambio por succinato mediante el transportador de dicarboxilato, localizado en la membrana interna mitocondrial. El malato es entonces oxidado a a oxalacetatopor la malato deshidrogenasa citoslica y el oxalacetato resultante es convertido en carbohidrato.Esta conversin necesita la reaccin irreversible de la piruvato quinasa y sta facilitada por la enzima PEP carboxiquinasa, que utiliza la capacidad forforilante del ATP para convertir el oxalacetato en PEP y CO2. Desde el PEP se puede producir glucosa por glucognesis, como se ha descrito anteriormente. La sacarosa es el ltimo producto de este proceso, y constituye la forma principal en la que el carbono reducido es transportado desde los cotiledones a los tejiidos en crecimiento de las plntulas. No todas las semillas convierten cuantitativamente grasa en azcar, esta es una de las particularidades de semillas oleaginosas.

4. LOS LPIDOS DE RESERVA SON CONVERTIDOS EN CARBOHIDRATOS DURANTE LA GERMINACIN DE SEMILLASDespus de la germinacin, las semillas que contienen aceites metabolizan los trigliceroles almacenados para convertirlos en sacarosa. Las plantas no son capaces de transportar grasas desde el endospermo a las races y los brotes de las plntulas durante la germinacin, de manera que los lpidos almacenados deben ser convertidos en una forma de carbono que sea mvil en la planta, generalmente sacarosa. Este proceso implica varias estapas localizadas en diferentes compartimentos celulares: oleosomas, glioxisomas, mitocondrias y citosol.De lpido a sacarosa; la conversin de lpidos a sacarosa en semillas oleaginosas es desencadenado por la germinacin y empieza con la hidrlisis de los triglicridos, almacenados en los cuerpos lipdicos, a cidos grasos libres, seguida de la oxidacin de cidos grasos libres para producir acetil CoA. Los cidos grasos son oxidados en un tipo particular de peroxisoma denominado glioxisoma, orgnulo limitado por una nica membrana que se encuentra en el tejido que almacenan aceites en las semillas. 5. LABETA OXIDACIN(-OXIDACIN)Es un procesocatablicode loscidos grasosen el cual sufren remocin, mediante laoxidacin, de un par de tomos de carbono sucesivamente en cada ciclo del proceso, hasta que el cido graso se descompone por completo en forma de molculasacetil-CoA, que sern posteriormenteoxidadosen lamitocondriapara generar energa qumica en forma de (ATP). El resultado de dichas reacciones son unidades de dos carbonos en forma deacetil-CoA, molcula que pueden ingresar en elciclo de Krebs, ycoenzimasreducidos(NADHyFADH2) que pueden ingresar en lacadena respiratoria.No obstante, antes de que produzca la oxidacin, los cidos grasos deben activarse concoenzima Ay atravesar lamembrana mitocondrial interna, que es impermeable a ellos.

Es considerado tambin, un mecanismo clave para la obtencin de energa metablica (ATP) por parte de los organismos aerbicos . Dado que los cidos grasos son molculas muy reducidas, su oxidacin libera mucha energa; en los animales, incluidos el hombre, su almacenamiento en forma de triacilgliceridos es ms eficiente y cuantitativamente ms importante que el almacenamiento de glcidos en forma de glucgeno.La b- oxidacin de los cidos grasos lineales es el principal proceso productor de energa, pero no el nico. Algunos acidos grasos, como los de la cadena impar o los insaturados requieren, para su oxidacin, modificaciones de la oxidacin o rutas metablicas distintas.El cido graso se une alcoenzima A(CoASH), reaccin que consume dos enlaces de alta energa del ATP.Labeta-oxidacinde cidos grasos en las mitocondrias de las clulas animales, la cual produce dixido de carbono CO2, y est acoplada a la produccin de ATP (pues la mitocodria tiene la cadena de transporte electrnico y la ATP sintetasa de la que carecen los peroxisomas), la energia de la oxidacin de cidos grasos en los peroxisomas produce acetilos (activados en forma de acetil-CoA), y parte de la energa es convertida en calor y no est acoplada a la produccin de ATP. Los grupos acetil-CoA son transpotados al citosol donde son utilizados para sntesis de glcidos, colesterol y otros metabolitos.

5.1 LA BETA OXIDACIN Y SUS PASOS

La -oxidacinconsiste en 4 pasos cuyos productos finales sonuna molcula de acetil-CoAque ingresa en elciclo de Krebscomo parte de la respiracin celular, yuna molcula de acil-CoAque ahora es 2 tomos de carbono ms corta que antes. Adems se producenuna molcula de FADH2yuna de NADH/H+que ingresan en la cadena respiratoria para obtencin directa de ATP.

El cido graso recurre estas 4 reacciones tantas veces que sea necesario; es decir hasta que se descompone por completo en forma de molculas acetil-CoA. En cada ciclo pierde un par de tomos de carbono, por lo que depende del largo de la cadena aliftica del cido graso cuntos acetil-CoA se obtienen a travs de l.

Vemos a continuacin lo que ocurre, paso a paso:

(1) Oxidacin.La enzima acil-CoA-deshidrogenasa forma undoble enlace en el acil-CoA entre el tomo C-2 (carbono ) y el tomo C-3 (carbono ). Como agente oxidante sirve el FAD.

(2) Hidratacindel doble enlace entre C-2 y C-3 por la enzima enoil-CoA-hidratasa.

(3) Oxidacin.La enzima hidroxiacil-CoA-deshidrogenasa convierte el grupo hidroxilo (OH) en un grupo cetona (=O). Como agente oxidante sirve esta vez NAD+.

(4) Tilisis.Este paso consiste en la separacin del 3-cetoacil-CoA por el grupo tiol de otra molcula de CoA. El tiol es insertado entre C-2 y C-3, reaccin que es catalizada por una tiolasa.

En las clulas vegetales la oxidacin de los cidos grasos se lleva a cabo exlusivamente en los perosixomas. As, el papel biolgico de la oxidacin en estos orgnulos es principalmente el almacenamiento de lpidos con la funcin de producir precursores biosintticos y no energa en forma de ATP. Los peroxisomas, llamados glioxisomas, en las semillas son responsables de convertir los cidos grasos almacenados en glcidos aspecto que es crtico para obtener energa y materia prima para la germinacin y desarrollo de la planta. Durante la germinacin de las semillas se liberan los cidos grasos de los trigliceridosalmacenados en los glioxisomas, siendo activados con la coenzima CoA y oxidados en estos por un proceso catablico en cuatro etapas, similar a la beta oxidacin de los cidos grasos en la mitocondria que degrada el cidograso-CoA en un cido graso de dos carbonos menos con la produccin de un grupo acetil-CoA.El acetil-CoA producido en la oxidacin en los glioxisomas es convertido via elciclo de Glioxilatoen precursores de cuatro carbonos para la gluconeognesis convertidolo en glucosa, sacarosa y un variedad de metabolitos esenciales.

6. TRASLOCACIN A LA MATRIZ MITOCONDRIALPosteriormente debe usarse un transportador, lacarnitina, para traslocar las molculas de acil-CoA al interior de lamatriz mitocondrial, ya que la membrana mitoncondrial interna es impermeable a los acil-CoA.La carnitina se encarga de llevar los gruposaciloal interior de la matriz mitoncondrial por medio del siguiente mecanismo.La carnitina, tambin reconocida como vitamina B11, es un derivadoaminoacdicoque participa en el circuito vascular reduciendo niveles detriglicridosycolesterolensangre. Se produce naturalmente en elhgadoa partir de losaminocidosL-metioninay la L-lisina.

La carnitina es fuertemente inhibida por elmalonil-CoA, uno de los pasos reguladores en el proceso de lipognesis.1. La enzimacarnitina palmitoiltransferasa I(CPTI) de la membrana mitocondrial externa elimina elcoenzima Ade la molcula de acil-CoA y, a la vez, la une a la carnitina situada en el espacio intermembrana, originadoacilcarnitina; el CoA queda libre en elcitosolpara poder activar otro cido graso.2. A continuacin, una protena transportadora, llamadatranslocasa, situada en la membrana mitocondrial interna, transfiere laacilcarnitinaa la matriz mitoncondrial y, paralelamente, lacarnitina palmitoiltransferasa II(CPTII) une una molcula de CoA de la matriz al cido graso, regenerando as el acil-CoA .3. La carnitina se devuelve al espacio intermembrana por la protena transportadora y reacciona con otro acil-CoA, repitindose el ciclo.

7. CICLO DE GLIOXILATOEl ciclo del Glioxilato es una serie de reacciones bioqumicas que constituyen una variante de ciclo de Krebs, (debido a este hecho los peroxisomas que tienen lugar ese ciclo se denominan glioxisomas). Como sucede en el ciclo de cido ctrico el acetil-coA, se combina con el oxalacetato para producir citrato, que es convertido en isocitrato. Sin embargo, en lugar de de ser degradado (descarboxilado) a CO2 y alfa-cetoglutarato, el isocitrato produce succinato y glioxilato. El glioxilato reacciona a continuacin con otra molcula de acetil-CoA para generar malato, que es covertido en oxalacetato y utilizado en la sntesis de glucosa.Elciclo del glioxilato conocido tambin como una variante delciclo del cido ctrico(concretamente un "by-pass" de las estapas descarboxilantes) que ocurre en losglioxisomasde las clulas vegetales (tambin ocurre en muchoshongosyprotozoos).1Permite generarglucosaa partir decidos grasos, esto es muy importante en lassemillas, debido a que la mayor parte de la energa metablica necesaria para su desarrollo se encuentra en forma detriacilgliceroles. Tambien Permite la movilizacin de grasas de almacenaje a carbohidratos solubles (Carb, 2008)

Se debe tener en cuenta que: En los vegetales, el ciclo tiene lugar en los Glioxisomas, organelas especializadas en las cuales se lleva a cabo la degradacin de los cidos grasos (-oxidacin) para producir Acetil-CoA que ser utilizada en el ciclo. Se da en plantas, invertebrados y algunos microorganismos. El Ciclo del Glioxilato comparte algunas enzimas del Ciclo de Krebs, pero incluye dos enzimas especficas localizadas en los glioxisomas. En cada vuelta del ciclo se utilizan 2 molculas de Acetil-CoA para generar una de oxalacetato. Se evitan las 2 reacciones de descarboxilacin del Ciclo de Krebs. El succinato formado en la reaccin de la isocitrato liasa se transporta desde el glioxisoma a la mitocondria. All se convierte en oxalacetato por las reacciones del Ciclo de Krebs. De esa forma se puede utilizar para la sntesis de hidratos de carbono a travs de la gluconeognesis. Va que se parece a la del ciclo de Krebs pero Evita las descarboxilaciones (No hay prdida de C como CO2) Y tiene: ENZIMAS REGULATORIAS Isocitrato liasa , Malato sintasa Es la va metabolica por la cual 2 molculas de acetil-CoA se convierten en 1 molcula de succinato, teniendo como un intermediario al glioxilato. El succinato se convierte en oxalacetato y es usado durante la gluconeogenesis para generar glucosa y de ah sacarosa . Los animales no pueden convertir los cidos grasos en glucosa ya que no tienen las enzimas necesarias para sintetizar oxaloacetato desde el acetil CoA. En el caso de las plantas, cuando las semillas germinan, los triglicridos se degradan a glicerol (precursor de gluconeogenesis) y cidos grasos que se degradan a Acetil-CoA (precursor del ciclo del glioxilato) y se convierten en azcares, que aportan Energa para el crecimiento del vegetal. ---Las clulas vegetales y las de algunos microorganismos pueden realizar la sntesis neta de carbohidratos a partir de grasas a travs del ciclo del glioxilato. El ciclo del glioxilato se inhibe una vez que la planta es auttrofa La actividad del ciclo del glioxilato durante la germinacin y post-germinacin est regulada a nivel transcripcional (BOYER, 1972)

8. SINTESIS DE LA SACAROSAA. CONOCIMIENTOS PREVIOS:Los carbohidratos son compuestos orgnicos formados por carbono, hidrgeno y oxgeno en una relacin 1:2:1 respectivamente; estos comparten la misma estructura bsica. Existen diferentes tipos de hidratos de carbono que se clasifican en funcin de la complejidad de su estructura qumica, teniendo as a los monosacridos, disacridos y polisacridos. (Bieto)- Monosacridos:Son los carbohidratos de estructura ms simple; formados por un solo azcar. Destacan:Glucosa: Se encuentra en las frutas o en la miel. Es el principal producto final del metabolismo de otros carbohidratos ms complejos. En condiciones normales es la fuente exclusiva de energa del sistema nervioso, se almacena en el hgado y en el msculo en forma de glucgeno.Fructosa: Se encuentra en la fruta y la miel. Es el ms dulce de los azcares. Despus de ser absorbida en el intestino, pasa al hgado donde es rpidamente metabolizada a glucosa.Galactosa: No se encuentra libre en la naturaleza, es producida por la hidrlisis de la lactosa o azcar de la leche.- Disacridos:Son la unin de dos monosacridos, uno de los cuales es la glucosa.Sacarosa (glucosa + fructosa): Es el azcar comn, obtenido de la remolacha y del azcar de caa.Maltosa (glucosa + glucosa): Raramente se encuentra libre en la naturaleza.Lactosa (glucosa + galactosa): Es el azcar de la leche.Al conjunto de monosacridos y disacridos se les llaman azcares.-Polisacridos:Se absorben lentamente otorgando reservas de energa. Sirven como molculas de almacenamiento porque no son muy solubles en agua y son mucho ms grandes que un azcar. Por lo tanto los polisacridos no pueden atravesar fcilmente la membrana plasmtica.

B. SINTESIS DE LA SACAROSALasacarosaes comnmente conocida como azcar de mesa. La sacarosa es una combinacin de glucosa y fructosa. Desempea un papel importante en la nutricin humana y se forma a travs de la vida vegetal, no vida animal.QUIMICAMENTE:BIOQUIMICAMENTE:1. FORMACIN DE UDP-GLUCOSA PIROFOSFORILASA

ILUSTRACIN 2: Formacin de UDP-glucosa pirofosforilasa

El UDP se forma con la unin de una glucosa y un uracilo. Enzima que participa en laglucognesis. Cataliza la reaccin entre glucosa 1 fosfato y elUTP para formarUDP glucosa.Posteriormente la UDP-glucosa ser utilizada por elglucgeno sintasa para aadir una molcula deglucosa a un polmero de glucgenoen formacin.

8.1 OBTENCIN DE SACAROSAILUSTRACIN 1: sntesis de la sacarosa

La sacarosa (azcar de mesa) es un disacrido sintetizado en el citosol. Las plantas carece de capacidad para transportar hexosas fosfato a travs de la membrana del cloroplasto, pero un translocador de fosfato abundante hace de mediador en el transporte de triosas fosfato desde los cloroplastos a l citosol, intercambindolas por fosfato. La fructosa 6 fosfato, formada a partir de triosas fosfato s e une a la glucosa a travs de la unidad UDP- glucosa, para formar sacarosa 6 fosfato.Catabolismo del almidnEl almidn es el producto de reserva de carbohidratos ms importante de toda la planta, los cereales se encuentran entre los ejemplos ms conocidos y estudiados de semillas que almacenan carbohidratos, principalmente almidn. Estas reservas se encuentran localizadas en la capa de aleurona y en el endospermo amilceo. El almidn se encuentra bajo la forma de grnulos embebidos en una matriz protenica. Existes dos tipos principales de almidn: uno de cadena lineal, la amilosa (1-4- - glucano), y otro ramificado, la amilopectina, con ramificaciones (1-6)- . Durante el proceso germinativo, este almidn es degrado por una serie de enzimas hidrolticas, que son sintetizadas en la capa de aleurona y del escutelo. Las primeras enzimas hidrolticas son sistematizadas inicialmente en el escutelo. Conforme avanza el proceso germinativo, la mayor actividad enzimtica se desplaza a hacia la capa de aleurona. La induccin de estas enzimas es provocada por las giberelinas, sintetizadas por el embrin. La hidrlisis del almidn se realiza mediante cuatro enzimas principales. Las dos primeras son: la - amilasa (endohidrolasa), y la -glucosidasa (exohidrolasa), son las ms importantes. Pueden atacar los grnulos de almidn y descomponer estos polmeros en cadenas ms pequeas.Las otras dos enzimas son la -amilasa y la dextrinasa lmite. La primera ya se encuentra presente en la semilla deshidratada en forma inactiva unida a cuerpos proteicos. La giberelina induce la reactivacin de la misma mediante una endopeptidasa que separa la enzima de la protena a la cual est unida. Su funcin es reducir en tamao los productos resultantes de la hidrlisis por parte de la - amilasas y la - glucosidasa. La dextrinasa lmite funciona como enzima desramificadora al hidrolizar las uniones - (1-6) de la amilopectina. Una vez rota la ramificacin, las amilasas y las fosforilasas llevan a cabo la degradacin final de la cadena lineal hasta la obtencin de glucosa o glucosa-1-P. Aunque tambin es sintetizada, esta ltima enzima est igualmente presente en el endospermo amilceo, pero requiere de protelisis (inducida por giberelinas) para ser liberada. (BOITEUX, 1981)En el proceso en s, la -amilasa es la nica enzima que puede atacar los grnulos intactos de almidn para hidrolizar enlaces (1-4) a discrecin, pero no puede degradar los enlaces formadores de ramificaciones (1-6) ni los enlaces (1-4) cercanos a stos. La -amilasa degrada cadenas de glucosas inicialmente degradadas por la a-amilasa y enlaces (1-4), pero a partir de los extremos no reductores. Al igual que la -amilasa, la -amilasa tampoco puede romper los enlaces ramificantes (1-6). Las y amilasas producen a y -maltosa, respectivamente. La maltosa es un disacrido compuesto de dos molculas de glucosa unidas por un enlace (1-4), que se hidroliza rpidamente a dos molculas de glucosa mediante la a-glucosidasa. La almidn fosforilasa tambin inicia la degradacin del almidn por el extremo no reductor, al igual que la amilasa. Sin embargo, el producto final de esta reaccin produce glucosa-1-fosfato, en lugar de maltosa.

La degradacin de las reservas amilceas es un proceso complejo y requiere la digestin de la capa de aleurona y del endospermo. La liberacin eficiente de las amilasas en el endospermo amilceo requiere la degradacin de las paredes celulares de la capa aleurona. No obstante, la capa interna de esta ltima presenta una alta resistencia a la degradacin. Su permanencia crea entonces una estructura particular, que conecta todas las clulas de aleurona, y contribuye as a mantener la estabilidad mecnica de la capa mientras progresa el proceso de digestin celular, sirviendo a la vez de conexin con el endospermo para las enzimas que la atraviesan. Los principales polisacridos de las paredes celulares estas constituidos por arabinoxilanos (80%) y (1-3)- - glucanos (20%). Su degradacin ocurre mediante una serie de endo- (1-4)- -xilanasas y de endo-(1-4)- -glucanasas, liberadas de la capa de aleurona en respuesta a la induccin por las giberelinas.Durante las etapas iniciales, la hidrolasas estn muy activas en la hidrolisis del endospermo. No obstante, a medida que la plntula crece y se acumulan los productos de la hidrolisis, la concentracin de estos ltimos pueden alcanzar hasta 770 miliosmoles, suficiente para inhibir la sntesis de las hidrolasas. Ello sugiere que a parte de un cierto momento, el proceso pasa a ser controlado por las condiciones osmticas.Existe otra ruta ms para que el almidn se degrade, y se conoce la va fosforoltica en esta la almidn fosforilasa rompe el enlace (1-4- - glucano) liberando Glucosa-1-P. A diferencia de la otra ruta (hidroltica), se libera una molcula de glucosa con un grupo fosfato. El resultado de la va fosforoltica es una glucosa fosforilada. Con esta va se ahorra el paso de fosforilar la glucosa, entran en un paso ms avanzado de la glucolisis, se ahorra entonces una molcula de ATP.(HERRERA , 2006)24

Figura 01. Ruptura de los enlaces entre las glucosas (G) que forman la molcula de almidn, los nmeros indican el carbono de unin a la siguiente molcula de glucosa. El extremo reductor termina con el carbono 1 libre, mientras el extremo no reductor tiene el carbono 4 libre. Smbolos de enzimas: p, almidn fosforilasa; , -amilasa; , -amilasa; D, enzima desramificante.

Figura 02. Degradacin del almidn por la va fosforoltica9. VA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

Ruta de degradacin con funcin de biosntesis: proporciona NADPH y ribosa-5-fosfato para reacciones de biosntesis, pero tambin puede degradar glucosa, o pentosas de los nucletidos procedentes de la hidrlisis de los cidos nucleicos de la dieta, hasta CO2 y agua. Tiene dos fases:

La fase oxidativa: genera por cada molcula de glucosa; 2 molculas de NADPH, 1molcula de ribulosa-5-fosfato y una molcula de CO2. Consta de tres reacciones:

Reaccin 1: Oxidacin de la glucosa-6-fosfato a 6-fosfogluconolactona (glucosa-6-fosfato deshidrogenasa) Reaccin de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa

Reaccin 2: Hidrlisis de la lactona a fosfogluconato (lactonasa).

Reaccin 3. Descarboxilacin oxidativa a ribulosa-5-fosfato (6-fosfogluconato deshidrogenasa).

Reaccin de la fosfogluconato deshidrogenasa

La oxidacin del grupo hidroxilo origina un -cetocido que se descarboxila con facilidad

La fase no oxidativa convierte 3 azcares fosfato de 5 carbonos en 2 azcares fosfato de 6 carbonos y e1 azcar fosfato de 3 carbonos

Isomerizacin y epimerizacin de la ribulosa 5-fosfato

Las reacciones de la ribulosa 5- fosfato isomerasa y epimerasa tienen lugar con intervencin de intermediarios enediol. En la reaccin de la isomerasa, una base situada en el enzima elimina un protn de C1 de Ru5P a fin de formar un 1,2-enediolato y despus adiciona un protn a C2 para formar R5P. En la reaccin de la epimerasa, una base situada en el enzima elimina un protn en C3 para formar un 2,3-enediolato. A continuacin se aade un protn al mismo tomo de carbono pero con inversin de la configuracin para rendir Xu5PDiagrama esquemtico simplificado que muestra la ruta de seis pentosas (5C) a cinco hexosas (6C).

Balance global

3 glucosa 6-P + 6 NADP+ + 3 H2O 2 fructosa 6-P + gliceraldehdo 3-P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2

Esquema de las reacciones no oxidativas de la ruta de las pentosas fosfato. Estas reacciones convierten pentosas fosfato de nuevo en hexosas fosfato, permitiendo que continen las reacciones de oxidacin. Los enzimas transaldolasa y transcetolasa son especficos de esta ruta; los otros enzimas tambin actan en las rutas glucoltica o gluconeognica. Cada reaccin es reversible; las flechas unidireccionales slo se utilizan para clarificar la direccin durante la oxidacin constante de la glucosa 6-P.

La rotura de un enlace carbono-carbono deja a menudo un par de electrones libre o carbanin en uno de los productos y la fuerte tendencia del carbanin a formar un nuevo enlace da lugar generalmente a un intermedio inestable. El anillo de tiazolio de la TPP estabiliza el intermedio carbanin al proporcionar una estructura electroflica (deficiente en electrones) en la que los electrones del carbanin pueden deslocalizarse por resonancia. A las estructuras con estaspropiedades se las llama frecuentemente sumideros de electrones

La transcetolasa utiliza como coenzima al pirofosfato de tiamina con objeto de estabilizar el carbanin formado en la ruptura del enlace C2-C3 de la Xu5P. La reaccin ocurre con los siguientes pasos:

1) Ataque nucleoflico del radical TPP al carbono carbonilito y posterior protonacin.

2) Desprotonacin de C3 y rotura del enlace C2-C3, que da como productos G3P y el enzima unido a 2- (1,2-dihdroxietil)-TPP, que es un carbanin estabilizado por resonancia.

3) El carbanin C2 ataca al carbono aldehdo de laR5P formando un aducto S7P-TPP.

4) Se elimina TPP con produccin de S7P.

El centro activo de la aldolasa (clase I), esta formado por un residuo de lisina para formar una base deSchiff con el carbono carbonilo, un residuo de cisteina que acepta un protn del grupo hidroxilo en el C4, que lo devuelve a un residuo de histidina tras la ruptura entre C3 y C4

Mecanismo de reaccin

1) El grupo -amino del resto de Lys forma una base de Schiff con el grupo carbonilo de 7SP.

2) Se forma un carbanin en C3 que es una base de Schiff estabilizada, en la ruptura aldlica entre C3 y C4 que elimina E4P.

3) El carbanin estabilizado por resonancia unido al enzima se adiciona al tomo de C carbonilico de GAP formando F6P ligado al enzima a travs de una base de Schiff.

4) La base de Schiff se hidroliza regenerando el enzima activo y se libera F6P. (MURRAY, MAYES , RODWELL, & GRANNER, 1997)

IV. CONCLUSIONES Se determin que la germinacin es uno de los procesos energticos ms importantes y de mayor influencia en el desarrollo de las plantas. Se comprendi el comportamiento bioqumico de la semilla en el proceso de la germinacin.

V. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Bieto, J. A. (s.f.). Fundamento de la Fisiologa Vegetal (SEGUNDA ed.). ESPAA.BOITEUX, A. B. (1981). DESIGN OF GLUCOLUSIS. LONDON: PHILTRANS R.BOYER. (1972). THE ENZYMES. ACADEMIC PRESS.Carb, M. R. (2008). Fisiologa de la respiracin de las plantaS. HERRERA , J. (2006). Germinacion y Crecimiento de la planta: Fisiologa de la produccin de los cultivos tropicales. COSTA RICA : Universidad de Costa rica.Hopkins, W. G. (2006). Plant development. Infobase Publishing., 160.Marasssi, M. A. (2013). FISIOLOGA VEGETAL. En M. A. Marasssi, GUA DE GERMINACIN (pgs. 5-15). MADRID: EDITORIAL PIRMIDE.MURRAY, R., MAYES , P., RODWELL, V., & GRANNER, D. (1997). BIOQUIMICA DE HARPER. SUREZ, D., & MELGAREJO, L. M. (2006). BIOLOGA Y GERMINACIN DE SEMILLAS. COLOMBIA.