Tolerância ao Frio em Plantas - Lyndon Johnson Batista de Souza*

O maracujá (Passiflora edulis) é intolerante à geadas

As plantas tropicais (milho, feijão, batata-doce e algodão) e subtropicais (maracujá e pepino) são tipicamente suscetíveis ao dano por resfriamento. Quando tais plantas estão se desenvolvendo a temperaturas entre 25 e 35ºC e são resfriadas a 10 até 15ºC o crescimento fica mais lento, ocorre inibição da fotossíntese e da respiração, surgem danos às membranas celulares, descoloração e lesões nas folhas e a folhagem dá impressão de estar encharcada. Se as raízes sofrerem resfriamento, a planta pode murchar.  

Mas por que as membranas são afetadas pelo resfriamento? As membranas vegetais consistem de uma bicamada lipídica entremeada com proteínas e esteróis. As propriedades físicas dos lipídeos têm grande influências sobre as atividades das proteínas integrais da membrana que formam importantes canais de transporte dos quais depende o metabolismo. Em plantas sensíveis ao resfriamento, os lipídeos na bicamada têm uma percentagem alta de cadeias de ácidos graxos saturados e as membranas com essa composição tendem a se solidificar em um estado semicristalino a uma temperatura bem superior a zero ºC. Essa situação torna as membranas celulares menos fluidas e com isso seus componentes proteicos entram em pane. O resultado é a inibição do transporte de soluto para dentro e para fora da célula e a consequente redução da atividade enzimática.

As células das plantas resistentes ao resfriamento além de terem uma grande quantidade de ácido graxo insaturado são também dotadas de uma enzima chamada de dessaturase, que como o próprio nome indica, promove o aumento da instauração dos lipídeos. Essa modificação diminui a temperatura à qual os lipídeos da membrana começam uma gradual mudança de fase de fluido para semicristalino e permite às membranas permanecerem fluidas sob temperaturas mais baixas. Desse modo, a instauração de ácidos graxos fornece proteção contra os danos causado pelo resfriamento.

Se o processo de resfriamento fosse rápido, os cristais de gelo formados seriam bastantes pequenos para causarem danos, porém sob condições naturais, o esfriamento é lento e promove o crescimento de cristais de gelo extracelulares provocando um movimento de água líquida do protoplasto para o meio externo, causando desidratação excessiva. Durante o congelamento rápido, o protoplasto, incluindo o vacúolo, refrigera, ou seja, a água celular permanece líquida, mesmo sob temperaturas vários graus abaixo do ponto teórico de congelamento. Muitas centenas de moléculas são necessárias para começar a se formar um cristal de gelo. O processo pelo qual essa quantidade de moléculas de água começam a formar um cristal de gelo estável é denominado nucleação de gelo e ele depende muito das propriedades das superfícies envolvidas. Alguns polissacarídeos e polipeptídeos facilitam a formação de cristal de gelo e são chamados de nucleadores de gelo. Em células vegetais, os cristais de gelo começam a crescer a partir de nucleadores de gelo endógenos; os cristais de gelo intracelulares resultantes, relativamente grandes, provocam dano excessivo à célula e são letais.
         Para dificultar o crescimento de cristais de gelo, os vegetais são dotados de proteínas anticongelamento (endoquitinases & endoglucanases – que também conferem proteção contra patógenos) que atuam por meio de um mecanismo não coligativo, isto é, um efeito que não depende do abaixamento do ponto de congelamento da água pela presença de solutos. Tais proteínas são induzidas por temperaturas baixas, as quais se ligam às superfícies de cristais de gelo, a fim de evitar ou retardar o seu crescimento. Essas proteínas localizam-se nas células epidérmicas e em células que delimitam os espaços intercelulares, onde elas podem inibir o crescimento de gelo extracelular. As proteínas anticongelamento conferem às soluções aquosas a propriedade de histeresse térmica (a transição do líquido para o sólido é promovida a uma temperatura mais baixa do que a transição do sólido para o líquido). Os vegetais e os animais podem utilizar mecanismos similares para limitar cristais de gelo; um gene induzível pelo frio, identificado na planta Arabidopsis thaliana, tem DNA homólogo a um gene que codifica a proteína de anticongelamento em peixes.

Temperatura das células do parênquima de um pepino (Cucumis sativus) durante o congelamento. (A-B) superesfriamento; (B-C) liberação de calor durante o congelamento nas paredes celulares e espaços intercelulares; (C-D) novo superesfriamento; (D-E) pequenos picos de calor liberados durante o congelamento intracelular de protoplastos individuais. (Segundo Lincoln Taiz & Eduardo Zeiger – Fisiologia Vegetal. 3ed. Porto Alegre, 2004. ARTMED)

Os mecanismos que conferem a resistência ao congelamento em plantas lenhosas envolvem o superesfriamento e a desidratação. A formação de gelo dentro de espaços intercelulares das células que são sensíveis ao congelamento não é letal, mas a exposição prolongada a baixas temperaturas faz com que a água se mova do meio intracelular passando pela membrana em direção à parede celular, fazendo com que tais cristais de gelo cresçam dentro desses espaços. Esta desidratação lenta eleva a concentração de solutos dentro do protoplasto alterando o ponto de congelamento. À medida que a temperatura continua a cair, uma segunda fase de liberação do calor de fusão da água é detectável (pontos a partir de D a E na figura acima). Esta fase reflete uma série de pequenos eventos de congelamento: Cada "pico" de liberação de calor representa o congelamento de protoplastos de células e que coincide com a perda de viabilidade. A formação de cristais de gelo sobre as paredes das células ou no protoplasma requer a presença de pontos de nucleação de gelo em que os cristais podem ser iniciados e crescer. 
       Alguns açúcares também possuem efeitos crioprotetores, pois ajudam a estabilizar proteínas e membranas durante a desidratação induzida pelas baixas temperaturas. No trigo de inverno, quanto maior a concentração de sacarose, tanto maior também a tolerância ao congelamento. A sacarose predomina entre os açúcares solúveis associados com a tolerância ao congelamento, que funcionam de uma maneira coligativa, mas, em algumas espécies, a rafinose, os frutanos, o sorbitol ou o manitol cumprem a mesma função. Durante a aclimatação ao frio de cereais de inverno, os açúcares solúveis acumulam-se nas paredes celulares, onde podem restringir o crescimento de gelo.

Vale ressaltar que algumas bactérias tais como Pseudomonas syringae e Erwinia herbícola, que naturalmente habitam a superfície foliar, agem como nucleadores de gelo potencializando a formação de cristais sobre a superfície das folhas aumentando os danos da geada.

O mecanismo da síntese proteica também é indispensável para o desenvolvimento da tolerância ao congelamento e várias proteínas diferentes se acumulam durante a aclimatação ao frio, como resultado de mudanças na expressão gênica. Foi revelado que o ácido abscísico (ABA) tem um papel importante na indução desse mecanismo. Muitas plantas tolerantes ao frio quando submetidas a baixas temperaturas e escassez de água, aumentam sua tolerância ao congelamento elevando as concentrações do ABA endógeno nas folhas. O ABA parece induzir na expressão gênica e consequentemente na maquinaria da síntese proteica. 
          O estresse pelo frio reduz a atividade hídrica e leva ao estresse osmótico dentro das células. Esse efeito do estresse osmótico provoca a ativação de rotas de sinalização relacionadas a ele e a acumulação de proteínas envolvidas na aclimatação ao frio. Outros genes específicos do frio, não relacionados ao estresse osmótico, são também ativados. As plantas transgênicas com superexpressão de componentes de sinalização ativados pelo estresse pelo frio demonstram aumento de tolerância ao frio. A tolerância ao frio em plantas revela como diferentes tipos de mudanças ambientais demandam diferentes adaptações dos indivíduos.

REFERÊNCIA

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1 TAIZ, L. & ZEIGER, E. – Fisiologia Vegetal, 3.ed. Porto Alegre: ARTMED, 2004.

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*Biólogo, especialista em Genética & Evolução pela UFPI.

 

DEIXEM O MENDEL EM PAZ! - Hélio Paiva Melo*

Há coisa de dois meses, resolvi vasculhar velhos papéis dos meus tempos de estudante universitário. Entre poesias, letras de músicas de um compositor frustrado, apostilas e cadernos antigos, encontrei também velhos livros ainda do meu ensino médio. Após sacudir a poeira, passei a folhear o meu primeiro livro de genética (e o primeiro a gente nunca esquece). Era o Aulas de Biologia volume 2 do Airton César Marcondes, datado de 1982. Pronto, ao abrir aquele livro libertei do seu interior uma série de fantasmas, lembranças, odores e cenas que marcaram-me nos tempos do segundo ano científico (para ser mais atual, ensino médio). Lembrei-me das primeiras canções do Kid Abelha e os Abóboras Selvagens (huumm! Eu quero você como eu quero....), da beleza da Adélia a menina mais bonita da sala e a mais rica, como nas músicas do Léo Jaime (ela não gosta de mim mas é porque sou pobre...) e do Lulu Santos (a garota mais bonita também era a mais rica e eu queria ir tocar guitarra na TV...), dos apelidos de todos sempre associado a um nome de pássaro. Gavião, pardal, Chico-preto, canário, urubu, carcará e outros.

Professor Hélio Paiva

Porém, depois desse momento nostálgico tive uma ideia de comparar o conteúdo do meu livro com alguns títulos mais recentes e utilizados pelos alunos e professores das melhores escolas. Para ser honesto, eu já sabia o que iria encontrar. Mas fui em frente. Conclui que fora a capa, algumas figuras e certas questões dos últimos vestibulares, os livros-texto de genética do atual ensino médio são réplicas daquele que usei há 20 anos. Vale antecipar aqui, que o conhecimento da genética vem dobrando a cada 8 meses e por isso, não se justifica essa falta de inovação  presente nas novas edições. Repete-se o conteúdo, a sua sequência, as histórias, os exemplos e a abordagem.

         É pena ver que a área que mais avança fora dos muros da escola é exatamente a que mais petrificada se encontra dentro dela. A genética é sem sombra de dúvida o ramo da biologia que mais imprimirá mudanças na sociedade mundial nesse milênio. Interesses econômicos, políticos e culturais aliados a uma bateria de conflitos bioéticos difundem-se pelo mundo globalizado e afetarão padrões de consumo e ditarão regras comerciais entre nações. Isso exige dos países economicamente frágeis e dependentes uma preparação dos seus cidadãos para amadurecimento bioético urgente que possa diminuir a vulnerabilidade dessas sociedades ao avanço das grandes corporações biotecnológicas sobre a biodiversidade espetacular dos países periféricos e sobre esses gigantescos mercados consumidores. Como formar adolescentes e futuros tomadores de decisão se a escola insiste em desgastar, através da repetição e superexposição de Mendel e de conceitos do século XIX e início do século XX, se o que se exige hoje é uma leitura mais ética e social da genética. Creio que Mendel não está descansando em paz. Seu nome é demasiadamente usado e colocado como o eixo dos cursos de genética no ensino médio. Precisamos sempre valorizar o gênio do monge austríaco, mas precisamos redimensionar e reestruturar sua posição no contexto atual  da disciplina. É inadmissível condenar nossos jovens a uma condição de conhecedores defasados da nova genética e da onda biotecnológica que avança sobre os países em desenvolvimento, enquanto as crianças e adolescentes dos países mais ricos são preparados para produzir ciência e para gerar novas tecnologias, bens e serviços para aumentarem o poder das suas nações. Como podemos conscientizar e preparar os nossos alunos para tomada de decisões  em torno de questões como transgênicos, geneterapia, clonagem, manipulação de embriões, doações de órgãos se ainda estamos tentando ensiná-los como cruzar ervilhas lisas e rugosas para ver depois o que vai nascer?

Somos um grande mercado consumidor das novas biotecnologias, é verdade. Mas vamos consumi-las cegamente, como já consumimos todo tipo de bugigangas  vinda das pradarias americanas ? Somos a grande potencia em termos de biodiversidade, é verdade, também. Mas vamos ser expectadores da bioprospecção, biopirataria e da degradação ambiental com perda de recursos faunísticos e florísticos? Creio que estamos vivendo um momento decisivo no qual poderemos liquidar de vez as nossas chances de nos fazermos fortes e respeitados como nação. E isso só será possível se criarmos um contingente de novos cientistas que sejam capazes de avançar sobre o nosso belo patrimônio genético e dele extrair o conhecimento e os frutos para o desenvolvimento econômico e a credibilidade brasileira mediante o mundo. Aliado a isso, é necessário promover uma sociedade mais bem informada sobre o significado   da biotecnologia e torná-la parceira das iniciativas brasileiras no setor. Vale ressaltar que o Governo deverá demonstrar explicitamente que Biotecnologia e Ciência são questões estratégicas para auxiliar o sistema educacional formal a desenvolver uma ampla formação de pessoas bem posicionadas diante do assunto. No entanto, enquanto uma ação forte e coordenada não surge fora da Escola, é preciso promover um ensino novo de genética e desenvolver atividades que aprofundem o debate Bioético entre os jovens alunos do ensino básico. A escola é naturalmente o palco para o desenrolar favorável desse debate e da preparação da nossa sociedade, para o século da  biotecnologia que agora se inicia. No entanto, vale perguntar: a Escola brasileira está pronta para executar essa árdua e inovadora tarefa?  Quais são os agentes dentro da Escola que deverão desempenhar o papel de promotores da Bioética entre os jovens estudantes? Numa enquete que conduzi recente pude concluir que a quase totalidade dos alunos do ensino médio já escutaram falar de Biotecnologia segundo eles, através, principalmente, dos seus professores de Biologia. Porém, quando questionados a respeito de conceitos extremamente simples e básicos sobre genética, biologia molecular, biotecnologia e bioética, eles demonstraram uma enorme fragilidade de opiniões e de conhecimento. Conceitos de gene, genoma, transgênicos, cromossomos ou posicionamento sobre clonagem, geneterapia e manipulação de embriões foram frustrantes e na maioria dos casos não foi formulado sequer uma resposta. O que significa isso?

Lembro-me de um sermão do padre Vieira que tentava elucidar de quem seria a culpa por alguém não compreender a palavra de Deus. Seria de Deus, do Fiel ou do Pregador? Segundo Vieira, de Deus a culpa não seria. Do fiel muito menos. O erro determinante estaria no pregador que conhecendo as escrituras deveria, com seu sólido embasamento convencer e formar um novo cristão. Na mesma linha de pensamento, sem deidificar o discurso, imagino que a culpa dos jovens falharem na sua percepção da nova onda genômica não é da Biotecnologia, nem deles mesmos e sim, do professor de Biologia que os coloca em contato com essas ideias de maneira improvisada, amputada e sensacionalista. Como se a sala de aula fosse uma tela de televisão em pleno telejornal cheio de manchetes que não ajudam a formar um pensamento crítico capaz de dar  aos alunos um poder maior  de tomada de decisões diante de conflitos éticos e questões que nem mesmo são verdadeiramente sentidas por eles devido à falta de uma discussão honesta e  tocante por parte do professor que acaba fazendo o papel de um âncora de TV que só se limita a lançar manchetes para a plateia. O que fazer para mudar esse panorama?

Teresina, 02 de Novembro de 2004

 Hélio Paiva Melo

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*Biólogo, especialista em Bioética pelo ICF & Meio Ambiente pela UFPI.