O conteudo informacional da molecula de xiloglucano de cotiledones de Hymenaea courbaril reflete suas funções em nivel celular

Orientador : Marcos Silveira BuckeridgeTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Sementes de algumas espécies apresentam espessamentos de parede celular devido à deposição de um determinado polissacarídeo que* constitui uma reserva de carbono e energia para a plântula após a germinação. Um destes polissacarídeos é o xiloglucano (XG). Este polissacarídeo apresenta uma cadeia principal de glucose _-(1,4) ligada com ramificações regulares com xilose a-(1,6) ligada. Algumas das xiloses apresentam ainda ramificações com galactose _-(1 ,2) ligada. Na parede primária algumas das galactoses possuem ainda ramificações de fucose a-(1,2) ligadas. Dentre as sementes que possuem esta reserva estão Tamarindus indica, Tropaeolum majus, Copaifera langsdorffii e Hymenaea courbaril. Uma dos principais métodos de análise de xiloglucano é a digestão do polissacarídeo com celulase e a análise dos oligossacarídeos resultantes. Nas espécies estudadas os oligossacarídeos liberados possuem quatro glucoses na cadeia principal, mas em H courbaril, foi descrita uma série de oligossacarídeos com cinco glucoses na cadeia principal, além da série habitual de quatro glucoses. Três novos oligossacarídeos constituintes do xiloglucano de reserva de H courbaril foram isolados e caracterizados neste trabalho. Os oligossacarídeos possuem apenas uma galactose cada e diferem entre si pela posição desta galactose. Como a presença de oligossacarídeos com cinco glucoses só foi descrita até hoje nesta espécie, a interação entre a xilosil e a glucosiltransferase no Complexo de Golgi durante a biossíntese da parede de reserva de H courbaril pode vir a ser uma importante ferramenta para entender o processo de biossíntese do polissacarídeo. A presença desta nova série de oligossacarídeos provavelmente inverte a posição das ramificações de xiloglucano. Esta inversão da cadeia poderia alterar a simetria da molécula, o que poderia ter implicações na interação com outros polissacarídeos e enzimas do seu próprio metabolismo. Um estudo da interação da celulase com este polissacarídeo mostrou que a velocidade de degradação do xiloglucano de H courbaril é maior que a degradação do xiloglucano de C. langsdorffii. O padrão de ramificação do polímero com galactose também interfere no padrão de ataque da celulase sobre o polímero, sendo que a redução das ramificações aumenta a suscetibilidade do polissacarídeo à enzima. A presença de uma exo-hidrolase (_-galactosidase) durante a hidrólise pela celulase altera o estado final de equilíbrio mesmo não participando diretamente na reação da celulase, o que indica uma complexa interação entre as enzimas do metabolismo de xiloglucano que poderia ocorrer através do próprio polímero na forma de alterações nas cadeias laterais. Os processos de degradação e biossíntese do xiloglucano, portanto, parecem estar finamente sincronizados e o veículo para a integração entre os dois processos poderia ser o próprio políssacarídeo, uma vez que o padrão de ramificação do xiloglucano é capaz de codificar informação suficiente para modular a ação das enzimas sobre o xiloglucano. A localização sub-celular do resíduo de fucose na parede de reserva mostrou que o polissacarídeo de reserva é depositado em uma camada entre duas camadas estruturais. A parede de reserva, portanto, possui pelo menos duas populações distintas de xiloglucano que diferem entre si pela posição, estrutura e função: o xiloglucano de reserva é mais solúvel, pobre em fucose e depositado em uma camada intermediária da parede; o xiloglucano estrutural é menos solúvel, fucosilado e depositado em volta da camada de reserva. A presença da camada estrutural externa deve ser um importante elemento estrutural do tecido durante a mobilização do xiloglucano de reserva e a diferença na composição dos polissacarídeos permite que o xiloglucano de reserva seja desmontado pelas exo-hidrolases sem afetar o xiloglucano estrutural. As diferenças na composição das duas populações de xiloglucano, portanto, refletem diferenças fisiológicas fundamentais e o padrão de ramificação parece ser um elemento importante para manter as diferenças entre os xiloglucanos de forma a permitir que a parede funcione como reserva de polissacarídeosAbstract: Seeds of some species have cell wall thickenings of a single polysaccharide that is considered as a reserve of carbon and energy to the plantlet afier germination. One of these polysaccharides is xyloglucan (XG). This polymer has a main chain of glucose _(1,4) linked with regular branches of a-(1 ,6) xylose. Some of the xyloses have side chains of _-(1 ,2)-linked galactoses. In the primary cell wall, some of these galactoses are further branched with a(I,2)-linked fucose. Among the seeds that accumulate this reserve are: Tamarindus indica, Tropaeolum maju_, Copaifera langsdorffii e Hymenaea courbaril. One of the main methods of analysis ofxyloglucan is the digestion with fungal cellulase and analysis ofthe oligosaccharide produced. In all the species studied so far, the oligosaccharides produced have four glucoses in the main chain but in H courbaril, a series of oligosaccharides with five glucoses in the main chain was reported besides the usual series with four glucoses. Three new oligosaccharides from the storage xyloglucan of H courbaril were isolated and characterised in this work. Since the presence of this new series of oligosaccharides have only been described in this species, the interaction between the xylosyl and the glucosyl-transferase in the Golgi Complex during the biosynthesis of the storage wall of H courbaril may become an important toei to understand the biosynthesis processo The presence ofthis new series probably inverts the position of the xyloglucan side-chains and this inversion might alter the simetry of the molecule and this would have implications in the interaction with other polysaccharides and the enzymes. The study of the interaction of Trichoderma cellulase with this polymer showed that the speed ofthe degradation ofthe xyloglucan of H courbaril is higher than the degradation ofthe xyloglucan from C. langsdorffii. The branching pattem with galactose also interferes in the attachment ofthe cellulase to the polymer: the removal of the side chains also modulates the interaction between the enzyme and the substrate. The presence of an exo-hydrolase W-galactosidase) during the hydrolysis by cellulase alters the final equilibrium reached by the reaction even without direct participation in the cellulase reaction, what suggests a complex interaction between the enzymes of xyloglucan metabolism that may occur through the polysaccharide itself as changes in its side-chains. The biosynthetic and disassembling processes, therefore, seem to be fine tuned and the form to the integration ofthese two processes could be the xyloglucan, since its branching pattem is capable to code enough information to modulate the action of the enzymes upon the polysaccharide. The sub-celular localisation of the fucosyl residue in the storage wall showed that the storage polysaccharide is deposited in a layer between two structurallayers. The storage wall, therefore, has at least two distinct populations ofxyloglucan that differ from each other in position, structure and function: the storage xyloglucan is more soluble, poor in fucose and deposited in an intermediate layer in the wall; the structural xyloglucan is less soluble, fucosylated and deposited around the storage layer. The presence of an outer structurallayer is probably an important element in the structure of the tis sue during the mobilisation of the storage xyloglucan and the difference in composition between the polymers allows the disassembling by the exo-xydrolases with little or no effect on the structural xyloglucan. The differences in the composition of the two populations of xyloglucan, therefore, reflect fundamental physiological differences and the branching pattem seems to be an important element for maintenance of storage xyloglucan functionDoutoradoBiologia CelularDoutor em Biologia Celular e Estrutura