36.2: Fotorreceptores e Respostas das Plantas à Luz

A luz desempenha um papel significativo na regulação do crescimento e desenvolvimento das plantas. Além de fornecer energia para fotossíntese, a luz fornece outros sinais importantes para regular uma gama de respostas de desenvolvimento e fisiológicas nas plantas.

O que é um Fotorreceptor?

As plantas respondem à luz usando um conjunto único de proteínas sensíveis à luz chamadas fotorreceptores. Fotorreceptores contêm fotopigmentos, que consistem em um componente proteico ligado a um pigmento não-proteico, que absorve luz, chamado cromóforo. Existem vários tipos diferentes de fotorreceptores, que variam nas suas sequências de aminoácidos e no tipo de cromóforos presentes. Esses tipos respondem de forma máxima a diferentes comprimentos de onda específicos de luz, variando de ultravioleta B (280-315 nanómetros) a vermelho extremo (700-750 nanómetros). A absorção de luz do cromóforo provoca mudanças estruturais no fotorreceptor, desencadeando uma série de eventos de transdução de sinal que resultam em mudanças na expressão genética.

O Sistema Fitocromático

Muitos tipos de fotorreceptores estão presentes nas plantas. Fitocromos são uma classe de fotorreceptores que sentem luz vermelha e vermelha extrema. O sistema fitocromático atua como um interruptor de luz natural, permitindo que as plantas respondam à intensidade, duração e cor da luz ambiental.

O sistema fitocromático desempenha um papel significativo na fotomorfogénese—o crescimento e o desenvolvimento das plantas em resposta à luz. A luz solar brilhante contém mais luz vermelha do que luz vermelha extrema. A clorofila absorve fortemente a luz vermelha, pelo que as regiões sombreadas da planta recebem mais luz vermelha extrema do que luz vermelha.

As plantas usam fitocromos para adaptarem o seu crescimento em resposta à luz vermelha e vermelha extrema. A exposição à luz vermelha extrema em regiões sombreadas desencadeia o alongamento de caules e pecíolos para procurar luz. Por outro lado, a exposição a comprimentos de onda vermelhos da luz solar não filtrada aumenta o crescimento lateral e a ramificação.

Quando uma semente germina, as raízes se estendem para o solo e o broto em direção à luz. As plantas também modificam seu crescimento para maximizar a exposição à luz. Como as plantas detetam a direção e a qualidade da luz?

Recetores sensíveis à luz, também chamados de fotorrecetores, mediam a resposta de uma planta à luz. Os fotorrecetores contêm um componente de proteína ligado a um pigmento absorvente de luz chamado de cromóforo. As plantas podem possuir múltiplas famílias e variantes de fotorrecetores.

Juntos, eles correspondem aos comprimentos de onda de alcance de luz, variando do ultravioleta até às regiões vermelhas mais distantes do espetro de luz. Cada cromóforo em um fotorrecetor específico absorve a luz de um comprimento de onda específico, causando uma alteração estrutural no recetor. A ativação do fotorrecetor aciona uma cascata de sinalização dentro das células da planta.

Isto, por sua vez, pode levar à expressão genética afetando o crescimento e morfologia da planta. Por exemplo, as plantas alteram seu crescimento em resposta a sombra usando a família de fotorrecetores de fitocromo. Cada fitocromo tem duas formas distintas interconversíveis:o fisiologicamente inativo Pr e o PFR ativo.

PR absorve a luz vermelha e é rapidamente convertido para formar PFR ativo. O PFR absorve a luz vermelha distante e é convertido de volta para o formar Pr inativo. A sucessiva conversão de Pr e PFR atinge um equilíbrio dinâmico à luz do dia.

As plantas mais altas podem filtrar a luz vermelha para fora do espectro de luz, deixando plantas em baixo com mais luz vermelha do que a luz solar direta. O sistema fitocromo permite a planta detetar a relação de luz vermelha a vermelha distante e ajustar o seu crescimento. Quando o equilíbrio de PFR:Pr muda para Pr, a planta se alonga em busca de luz.

Um nível mais elevado de PFR induz um crescimento lateral ou ramificação. Desta forma, o sistema fitocromo permite que as plantas cresçam longe da sombra e em direção à luz.