Glicoproteínas ricas en oxiprolina

Las proteínas unidas a la pared celular primaria de las plantas suelen ser glicoproteínas. Están unidas covalentemente a la pared celular o permanecen en ella en estado disuelto. Algunas de ellas son enzimas, otras realizan funciones estructurales.

La mayoría de las glicoproteínas de la pared celular son ricas en oxiprolina. Las glicoproteínas ricas en oxiprolina (ORG) son moléculas lineales ricas en aminoácidos básicos. Un alto nivel de estos aminoácidos transforma la pared celular en una barrera policationica que une partículas o células cargadas negativamente que son similares a las células bacterianas.

Las células vegetales secretan al menos tres clases de glicoproteínas que contienen una gran cantidad de oxiprolina: las extensinas, las proteínas arabinogalactanas y las lectinas.

La extensina se secreta como una proteína soluble, débilmente unida a las paredes celulares a través de puentes de isoditirosina; finalmente, se produce un componente celular insoluble. Dos tercios de la forma soluble de la extensina son hidratos de carbono y un tercio, proteínas. El peso molecular de la extensina de la zanahoria es de 86 kDa, y aproximadamente 36 kDa se libera en la desglucosilación. La reticulación de la extensina con los componentes de la pared celular parece construirse con la participación de una peroxidasa específica.

La extensina tiene una composición de aminoácidos inusual: 41 mol.% de oxiprolina, 12 mol.% de serina, 10 mol.% de lisina, 8 mol.% de tirosina y 0-11 mol.% de histidina. La falta de aminoácidos ácidos y el gran contenido de lisina e histidina determinan el punto isoeléctrico básico dentro de 10-12. La extensina de la pared celular puede convertirse en una glicoproteína soluble mediante la prolil hidroxilasa y la oxiprolil arabinosil transferasa. Ambas enzimas se localizan en el aparato de Golgi. Las cadenas laterales tri- y tetrarabinosidas están conectadas en su mayoría con residuos de oxiprolina.

A diferencia de la extensina, las proteínas arabinogalactanas son glicoproteínas solubles que contienen oxiprolina y que se localizan tanto en el citoplasma como extracelularmente. Los aminoácidos de las proteínas de arabinogalactano son principalmente oxiprolina, serina, alanina y glicina. Las cadenas de arabinosa y arabinogalactano con un alto grado de polimerización, así como el núcleo de carbohidratos ramificados del residuo α-D-galac-topiranosil están conectados con la oxiprolina. Los ácidos arabinoside y glicurón están unidos adicionalmente al núcleo. La hidroxilación de la prolina y el transporte del arabinósido a la oxiprolina parecen proceder de la misma manera que en la extensina.

Y, por último, la tercera clase de ORG son las lectinas de las plantas de la familia Solanaceae que se localizan tanto intracelular como extracelularmente. Estas proteínas contienen un 50-60% de oxiprolina, serina, glicina y cisteína que son los aminoácidos dominantes. Los residuos de arabinosa están unidos a la oxiprolina, y los residuos de galactosilo a la serina. Las ORG de la patata aglutinan cepas avirulentas pero no virulentas del patógeno de la marchitez bacteriana Ralstonia solanacearum. Se denominaron «aglutininas» para distinguirlas de lectinas estructuralmente similares que sólo poseen una baja actividad hemaglutinante. Las aglutininas son compuestos solubles de las paredes celulares que contienen hasta un 61% de carbohidratos. La parte de carbohidratos consiste en arabinosa y una pequeña cantidad de galactosa, glucosa y glucosamina. El peso molecular es de 91 kDa, y disminuye en la deglicosilación a 56 kDa. Hasta ahora, es difícil juzgar si las aglutininas desempeñan algún papel en la relación planta-parásito.

Los mecanismos de la biosíntesis de ORG aún no están completamente claros. Se supone que el etileno está implicado en este proceso, ya que los elicitores inducen su formación. Además, el etileno en sí mismo puede inducir la formación de ORG. En las paredes celulares del melón, el contenido de ORG crece varias veces en respuesta a la inoculación con Gloeosporium lagenarium, lo que va acompañado de un fuerte aumento de la producción de etileno en la planta. Los elicitores de este hongo o de las paredes celulares del melón provocaron una respuesta similar. El tratamiento de las plántulas de melón con etileno antes de la inoculación aumentó tanto el contenido de ORG como la resistencia, mientras que la inhibición de los ORG promovió su colonización por el patógeno.

La inhibición específica de la biosíntesis de etileno en los tejidos vegetales inoculados o tratados con elicitores suprimió la deposición de oxiprolina en las paredes. El precursor del etileno, el ácido aminociclopropanocarboxílico, indujo la formación de ORGs en los tejidos de las plantas no tratadas, y también restauró la formación de ORGs en los tejidos tratados con el inhibidor.

El elicitor de Phytophthora megasperma indujo la síntesis de etileno y ORGs en los hipocótilos de la soja. También se produjo un aumento del contenido de oxiprolina en la interacción incompatible pero no compatible del pepino con Cladosporium cucumerinum. Por el contrario, la concentración de oxiprolina en las paredes celulares del trigo aumentó tras la inoculación con una línea compatible de Erysiphe graminis.

La acumulación de ORGs y su ARNm en los tejidos infectados y en el cultivo celular se produjo en las judías afectadas por Colletotrichum lindemutianum, acompañada de la activación temporal de la prolil hidroxilasa y la arabinosil transferasa. La arabinosil transferasa está conectada con el aparato de Golgi, mientras que la prolil hidroxilasa se concentra en el retículo endoplásmico.

Un aumento del nivel de ORG en las paredes celulares de los tejidos infectados cambia fuertemente sus propiedades. Como polímeros, los ORG refuerzan la superficie celular, y como policationes, cambian la carga de la superficie.

Se han clonado y secuenciado genes ORG de zanahoria, tomate y judías. En los tres casos, los genes poseían una considerable homología entre sí y contenían una secuencia repetitiva característica que codifica el pentapéptido serina-cuatro prolina. La formación de ORG está codificada por una familia de genes que se regulan de forma diferente en las plantas heridas o infectadas.

Se comprobó que la cantidad y la tasa de acumulación de ARNm para ORG en los hipocótilos de judías inoculadas con una raza incompatible de C. lindemuthianum eran considerablemente mayores que en una interacción compatible. También se demostró que el ARNm para los ORGs también se acumulaba en tejidos no infectados aparte del lugar de inoculación, lo que era indicativo de un carácter sistémico de su formación.

Así, la pared celular de la planta contiene glicoproteínas, muchas de las cuales poseen actividad fermentativa. Algunas de ellas, especialmente las peroxidasas y las glucosilhidrolasas, pueden desempeñar un papel importante en las respuestas de defensa de las plantas contra los fitopatógenos. Por ejemplo, la peroxidasa específica participa en la biosíntesis de la lignina y en la formación de los puentes de isoditirosina de la extensina, así como en los puentes de unión de las paredes celulares con el ácido ferúlico. Las glucosilhidrolasas, como componente común de las paredes celulares de las plantas, pueden ser responsables de la liberación de oligosacáridos de las paredes celulares de las plantas o de los hongos.