Germinação de sementes. Modelo: Cevada.

Este é o esquema da semente de cevada (Hordeum jubatum)

Como qualquer semente típica, tem três partes fundamentais:

- O tegumento;

- A área de armazenamento (neste caso o endosperma), e

- O embrião dormente.

O tegumento nesse exemplo é, na verdade, um revestimento do fruto. Em todos os grãos de cereal, o tegumento (antigo integumento do óvulo) está fundido à parede do ovário (a verdadeira parede do fruto). Assim, na verdade, o grão é, tecnicamente, um fruto (cariopse). Embora nós frequentemente o chamemos de semente.

A cevada é usada primariamente na fabricação de cerveja. Os fabricantes a usam como fonte de açúcar para fazer o álcool da cerveja. O estudo da semente mostrou que o tegumento da semente/fruto é resistente à água e, assim, reduz a taxa de sua absorção. Essa absorção de água é essencial à germinação das sementes, aumentando a produção de açúcar.

O conteúdo de açúcar de uma semente seca de cevada é bastante baixo, mas o endosperma mantém uma reserva enorme de amido.

O embrião da cevada tem três partes:

- O cotilédone;

- O epicótilo (que origina o broto);

- A radícula (que se origina a raiz).

A germinação de sementes ocorre quando o crescimento da radícula rompe o tegumento da semente e aparece como uma raiz jovem. A energia para a germinação da semente provavelmente vem da respiração do açúcar do endosperma. Contudo, o embrião e o amido estão separados um do outro. Deve haver alguma comunicação química que os fisiologistas possam manipular para aumentar a produção de açúcar para os fabricantes de cerveja.

O endosperma das sementes tem duas partes. O maior volume consiste na área de armazenamento de amido. A camada que a cobre é a camada de aleurona, a qual é constituída de células que armazenam proteínas em abundância.

Você provavelmente conhece isto no caso do arroz. Os grãos de arroz são tratados antes que nós os compremos para cozinhar. O tegumento é retirado e descartado pois tem baixo valor alimentício. O embrião sai e é chamado "germe". No trigo, os embriões são vendidos como germe de trigo. O processo de moagem deixa o endosperma do arroz circundado por aleurona. Este é vendido como arroz integral e tem valor alimentício em amido e proteína. Se o endosperma é polido antes de ser vendido, a aleurona pode ser removida. O polimento resulta no arroz branco que apenas tem qualidade alimentar no amido. Assim, o arroz branco, mesmo considerado mais "fino" do que o integral, é um alimento de qualidade inferior.

Agora prosseguimos com o que os fisiologistas encontraram:

O primeiro passo na germinação da semente de cevada é a embebição. Neste processo, a água atravessa o tegumento e começa a amaciar os tecidos internos duros. A entrada de água causa o inchamento dos grão. O tegumento da semente/fruto geralmente se parte, permitindo uma entrada ainda mais rápida de água, ativando o metabolismo do embrião dormente.

A água entrando na semente e no embrião, dissolve uma substância produzida no interior do embrião. Esta substância é conhecida como ácido giberélico(GA). Este é um hormônio vegetal não muito diferente dos esteróides.

O GA dissolvido é transportado com a água pelo restante dos tecidos da semente, até chegar à camada de aleurona.

O ácido giberélico que é transportado pela água chega à camada de aleurona

O GA entra no citoplasma dessas células, "ativando" certos genes do DNA nuclear. O DNA é, naturalmente, a molécula hereditária e contém as instruções para fazer todas as proteínas necessárias para a sobrevivência da planta de cevada. O mecanismo preciso sobre como o GA "ativa" o DNA é ainda desconhecido. É claro, contudo, que o modo de ação é ligar apenas alguns genes específicos do DNA.

Os genes que são "ligados" são transcritos. A informação arquivada em DNA é preciosa, de modo que as células de aleurona fazem uma cópia "descartável" em RNA do gene que está ligado. Está cópia, como um tipo de projeto, é chamada de RNA mensageiro. O processo de fazer esta cópia é chamado transcrição.

O RNA que foi feito no processo de transcrição é transportado até o citoplasma das células de aleurona.

No citoplasma, o RNA mensageiro se junta ao ribossomo para começar o processo de produção de uma proteína. Este processo é denominado síntese proteica ou tradução. Neste processo o ribossomo examina a informação mantida na sequência de bases do RNA.

RNAs transportadores carregados com amino-ácidos específicos são colocados na posição especificadas nas instruções do RNA mensageiro e os aminoácidos são agrupados na sequência certa pelo ribossomo. A sequência de aminoácidos determina as propriedades da proteína que está sendo montada.

Neste caso, a proteína crítica feita com a informação mantida no RNA é a amilase. Esta proteína resulta em uma enzima de grande importância.

Uma pergunta que se pode fazer é: de onde vêm os aminoácidos para a síntese da amilase?

A resposta é: eles provêm de um metabolismo existente nas células de aleurona, o quel hidroliza as proteínas armazenadas nestas células. A hidrólise é acelerada por enzimas conhecidas como proteases. Estas enzimas aumentam a taxa na qual a proteína armazenada é cortada em aminoácidos individuais.

Os aminoácidos liberados pela hidrólise estão agora livres para serem reunidos na estrutura da amilase pelos ribossomos.

Então temos nossa amilase produzida, e daí?

É agora que a recompensa começa a vir!

A amilase é secretada (transportada para fora das) células de aleurona, para dentro do endosperma.

A amilase não é apenas uma proteína, ela é uma enzima. Cataliza (acelera) uma reação química particular. Especificamente, a amilase acelera a hidrólise do amido em suas unidades componentes de açúcar.

Viva!! Os fisiologistas agora sabem como o açúcar é feito em uma semente. Também podem dizer aos fabricantes de cerveja como aumentar a produção de açúcar.

Muito bem. Então, ajudamos nossos amigos fabricantes de cerveja, mas temos que terminar este trabalho sobre a germinação de sementes de cevada..

Lembre-se que queríamos que a semente germinasse. Isto só ocorre depois do açúcar liberado ser transportado do endosperma até o embrião. O cotilédone é a maior área de transferência de açúcar em grãos. A absorção ativa de açúcar é sua função especializada. O açúcar é transportado até o embrião, aonde é utilizado como combustível e como matéria prima para o crescimento do embrião.

O crescimento resultante do embrião inclui a emergência da radícula através do tegumento. A germinação está completa. QUASE o fim da história.

* Nossa história sobre a cevada foi ótima, mas não explicou algumas outras formas de germinação de sementes.

O próximo grande descobrimento no estudo da germinação de sementes é o que acontece nas sementes de alface (Lactuca sativa). Semente de alface parecem diferentes de sementes de cevada, por serem dicotiledôneas. Elas também têm o tegumento e a parede do fruto separados. Mas o que se compra como "sementes" de alface, são, na verdade, frutos de alface. O processo de germinação em alface precisa de apenas um passo a mais do que o da cevada.

Sementes de alface têm paredes e tegumentos muito delgados, de modo que a luz pode penetrar. Como é típico de sementes pequenas, a luz é necessária para estimular a sua germinação. Pode-se pensar de que forma isto se ajusta ao que acabamos de estudar com a cevada.

Para manter as coisas simples, não vou desenhar uma semente de alface aqui, mas vou mostrar o que acontece nas sementes de alface, anexando o passo adicional ao diagrama da semente de cevada que estudamos (lembre-se que alface é uma dicotiledônea, não tem camada de aleurona, etc).

Repare no novo passo do esquema. O DNA deve ser fotoativado antes que o GA possa ter efeito. Isto acontece através da formação de um sinal químico conhecido como Fvl (fitocromo vermelho-longo).

Fvl é uma das duas formas químicas possíveis de uma molécula chamada fitocromo. O fitocromo é um pigmento que absorve a energia da luz. Ao absorver a energia luminosa, sua estrutura química é alterada instantaneamente. Assim, o Fvl pode ser convertido para forma alternativa de Fv (Fitocromo vermelho), se as sementes receberem um "flash" de luz vermelho-longo (730nm). De forma semelhante, a forma Fv do fitocromo pode ser convertida de volta em Fvl com um flash de luz vermelha (660nm)

Sementes secas de alface têm ligeiramente mais da metade de seus fitocromos na forma Fvl. Assim, se forem umidecidas e mantidas no escuro, algumas destas sementes irão germinar.

Se incidirmos luz vermelha (ou mesmo branca) sobre sementes embebidas, todos os fitocromos nestas sementes serão convertidos para a forma Fvl e isto fotoativa os genes no DNA. Quase todas as sementes irão germinar nesta luz!

Por outro lado, se incidirmos o vermelho longo (730nm) sobre sementes embebidas, todos os fitocromos nestas sementes serão convertidos para a forma Fv e nenhuma das sementes irá germinar.

Assim, o fitocromo e a luz indicam à semente de alface quando está exposta à luz do sol e pode começar a germinar. Sementes pequenas como as de alface, não têm reservas suficientes para começar a germinar sem poderem chegar rapidamente até a luz. Não é surpresa que espécies com sementes pequenas tenham evoluído mecanismos de fotoativação da germinação. Ela evita que sementes enterradas profundamente no solo tentem germinar!

Versão final: Profa. Helenice Mercier