Caracterização das enzimas chaves para o controle do metabolismo de lisina em milho (Zea mays L.) geneticamente modificado

• Main Author: Rizzi, Vanessa
• Other Authors: Azevedo, Ricardo Antunes de
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2013
• Subjects: Corn; Lisina; Lysine; Milho; Proteínas de Reserva; Storage Proteins; Zeolin; Zeolina
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-04072013-091100/

A lisina é um dos aminoácidos essenciais e um dos fatores limitantes ao uso de cereais como o milho na alimentação, pois, sem suplementação, não permite a obtenção de uma dieta balanceada. A fim de melhorar a qualidade nutricional dos cereais, várias tentativas têm sido realizadas baseadas em resultados obtidos sobre as rotas de metabolismo da lisina em plantas e o acúmulo de proteínas de reserva no endosperma. Ambrozevicius (2010) com o objetivo de produzir plantas de milho transgênicas com alto teor de lisina utilizou a estratégia de expressão de proteínas de reserva de outras espécies vegetais ricas em lisina, ou seja, através da expressão de uma proteína heteróloga: a zeolina. O presente trabalho teve como objetivo estudar os 6 eventos transformados expressando a zeolina na geração F3, caracterizando as proteínas de reserva, o perfil de aminoácidos e as enzimas envolvidas no metabolismo de lisina em milho geneticamente modificado, para compreender quais as possíveis alterações bioquímicas podem ter sido geradas pela transformação, e que podem ter levado ao incremento dos aminoácidos essenciais neste material transgênico. O perfil de proteínas de reserva dos eventos transformados exibiu redução na proporção das zeínas II e glutelinas em relação ao controle HiII, e ainda aumentos muito discretos da fração globulina, porém não para todos os eventos transformados. Na composição de aminoácidos solúveis totais foram observados incrementos nos teores dos aminoácidos que fazem parte da via metabólica do ácido aspártico: lisina, metionina, treonina e isoleucina. Para os aminoácidos incorporados em proteínas, foram observados incrementos nos teores de lisina nos eventos transformados da fração globulina e da fração glutelina, ambos em relação ao controle HiII. Já a fração zeína I teve o maior conteúdo total de aminoácidos em todos os eventos transformados. A análise das enzimas envolvidas no metabolismo de lisina revelou que ocorreram alterações em duas enzimas, a primeira enzima envolvida na síntese de lisina, aspartato quinase (AK) e a segunda envolvida na degradação de lisina, lisina cetoglutarato redutase (LOR). Embora as outras enzimas envolvidas na síntese e na degradação de lisina também tenham sido alteradas, os resultados foram variáveis para os diferentes eventos. Este trabalho mostrou que a expressão da proteína heteróloga zeolina causou alterações na composição das frações protéicas, no teor dos aminoácidos solúveis totais e aminoácidos incorporados em proteína em consequencia das alterações das enzimas envolvidas na síntese e degradação da lisina. Os resultados obtidos sugerem que a expressão da proteína heteróloga zeolina, que tem a necessidade de incorporação de lisina em sua estrutura, pode ter alterado a via metabólica do ácido aspártico para suprir a nova demanda de lisina. Essas alterações podem incluir o aumento na atividade da enzima AK, que é a primeira enzima da via que leva a síntese deste aminoácido e também uma redução na atividade da enzima de degradação LOR, pois o excesso de lisina livre que seria degradada é incorporado à nova proteína. === Lysine is an essential amino acid and one of the limiting factors for the use in cereals such as corn feed therefore, without supplementation; it does not allow obtaining a balanced diet. In order to improve the nutritional quality of cereals, several attempts have been made based on the results about routes of metabolism of lysine in plants and accumulation of storage proteins in endosperm. Ambrozevicius (2010) with the objective of producing transgenic corn plants with high content of lysine used a strategy of expression of storage proteins from other plant species which are rich in lysine, it means, through the expression of a heterologous protein: zeolin. This work aimed to study the 6 events processed expressing zeolina in F3 generation, featuring the storage proteins, the profile of amino acids and enzymes involved in the metabolism of lysine in genetically modified corn, in order to understand the possible biochemical changes which may have been generated by the transformation, and that may have led to the increase of essential amino acids in transgenic material The storage protein profile of transformed events exhibited reduction in the proportion of zein II and glutelins compared to control HiII, and yet very discrete increments of globulin, but not for all events processed. In the composition of soluble amino acids, it was observed increments in concentration of amino acids forming part of the metabolic pathway of aspartic acid: Lysine, methionine, threonine and isoleucine. For the amino acids incorporated into proteins, it was observed increments in the levels of lysine in the transformed events of globulin and glutelin fraction, both in relation to the control HiII. On the other hand, zein fraction I had the highest total amino acid content in all transformed events. The analysis of the enzymes involved in the metabolism of lysine revealed that changes occurred in two enzymes, the first enzyme involved in the synthesis of lysine, aspartate kinase (AK) and the second involved in the degradation of lysine, lysine ketoglutarate reductase (LOR). Although other enzymes involved in the synthesis and degradation of lysine have also been changed, the results were variable for different events. This work showed that the expression of heterologous protein zeolina caused changes in the composition of protein fractions, in the content of soluble amino acids and amino acids incorporated in consequence of changes in enzymes involved in the synthesis and degradation of lysine. The results suggest that the expression of heterologous protein zeolina, which has the need for incorporation of lysine in its structure, may have changed the aspartic acid pathway to meet the new demand for lysine. These changes may include the increase in AK enzyme activity, which is the first enzyme of the pathway leading to the synthesis of this amino acid and also a reduction in the activity of the enzyme degradation LOR, since the excess free lysine would be degraded is incorporated into the new protein.