La Fosfoenolpiruvato Carboxilasa en C4 y MAC

7/24/2019 La Fosfoenolpiruvato Carboxilasa en C4 y MAC

1/13

85

LAFOSFOENOLPIRUVATOCARBOXILASA (PEPC): ENZIMACLAVEDELOSMETABOLISMOSFOTOSINTTICOSC4YCAM

La fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC):enzima clave de los metabolismos

fotosintticos C4y CAMCRISTINAECHEVARRA*, JOSANTONIOMONREAL,

ANABELNFERIA, EDUARDOTERENCIOJIMNEZ,ARANCHALEN, ROSARIOLVAREZ

y SOFAGARCA-MAURIO

Resumen

La fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC; EC 4.1.1.31) catalizala -carboxilacin del fosfoenolpiruvato (PEP) en presen-

cia de HCO3-

y Mg2+

, para producir oxaloacetato (OAA) y Pi(Chollet et al., 1996). La PEPC est ampliamente distribuidaen plantas, algas verdes y microorganismos pero ausente enlevaduras y animales (Chollet et al.,1996). En plantas vascu-lares su papel estelar est relacionado con la fotosntesis C

4y

CAM (Crassulacean acid metabolism), sin embargo desem-pea otras funciones como la anaplertica, en relacin a lasntesis de protenas, homeostasis del pH citoslico, electro-neutralidad y osmolaridad. Est formada por una pequeafamilia multignica algunos de cuyos representantes estnregulados a nivel transcripcional por factores como luz,hormonas y metabolitos (Chollet et al., 1996; Vidal y Chollet,1997). La naturaleza alostrica de la enzima permite unaregulacin fina en relacin a diferentes ambientes metabli-

cos. La PEPC est regulada por fosforilacin reversible,proceso ligado a una cascada de transduccin de seales dealta complejidad. En la actualidad es uno de los mejoresmodelos de sealizacin descritos en plantas. Este captulose centra en los eventos relacionados con este proceso enplantas C

4 y CAM, los dos sistemas mejor estudiados en la

actualidad (Chollet et al., 1996; Echevarra y Vidal, 2003; Izuiet al., 2004; Nimmo, 2000; Vidal y Chollet, 1997).

Summary

Phosphoenolpyruvate carboxylase (EC 4.1.1.31, PEPC) cata-lyzes the b-carboxylation of phosphoenolpyruvate (PEP) byHCO

3- in the presence of Mg2+ to yiel oxaloacetate and Pi

(Chollet et al., 1996). PEPC is a widely distributed enzymein plants, green algae and micro-organisms but absent inyeast and animals (Chollet et al., 1996). In higher plants, itcatalyses a pivotal reaction related to such important pro-cesses as C4and Crassulacean acid metabolism (CAM) photo-synthesis, the anaplerotic pathway linked to amino acidsynthesis, homeostasis of cytosolic pH, electroneutrality andosmolarity. PEPC belongs to a small multigenic family (Chol-let et al., 1996; Vidal y Chollet, 1997). At the transcriptionallevel, some PEPC genes respond to external and internalfactors (light, hormones and metabolites), while at the

* Departamento de Biologa Vegetal y Ecologa (rea de Fisiologa Vegetal).Facultad de Biologa, Universidad de Sevilla, Avda. de la Reina Mercedes

n 6. 41012, Sevilla, Espaa.

protein level, the allosteric nature of the enzyme allows itsactivity to be fine-tuned in relation to a varying metabolicenvironment. PEPC undergoes a posttranslational control bya phosphorylation process linked to a highly complex signal

transduction cascade. Today, it is one of the best-describedmodels of plant signaling. This chapter will focus on what isknown about these processes in leaves of C4 and CAMplants, the two systems that have been studied in detail sofar (Chollet et al., 1996; Echevarra y Vidal, 2003; Izui et al.,2004; Nimmo, 2000; Vidal y Chollet, 1997).

Caractersticas generales

Las plantas de tipo C4poseen caractersticas anat-

micas y bioqumicas que confieren lo que se conoce

como el sndrome C4. Cabe destacar como hechocaracterstico la induccin de la maquinaria fotosintti-ca en la vaina vascular, un tipo de tejido que en lasplantas C

3 no es fotosinttico. La vaina vascular en

las plantas C4desarrolla cloroplastos atpicos ricos en

fotosistema I y que contienen la maquinaria necesariapara la asimilacin del CO

2, a saber, el ciclo de Calvin-

Benson o ciclo C3. En contrapartida las clulas del

mesfilo fotosinttico pierden alguna de sus funcionesfotosintticas y desarrollan cloroplastos ricos en fotosis-tema II pero deficientes en Rubisco. Estas clulas se

distribuyen formando una corona alrededor de la vainadando lugar a la anatoma Kranz, tpica de este tipo deplantas. El ciclo C

4se desarrolla como va de comunica-

cin entre ambas clulas, y su fin ltimo consiste enconcentrar el CO

2en las inmediaciones de la Rubisco

para minimizar las prdidas ocasionadas por la fotorres-piracin (Hatch y Slack, 1970). A este hecho contribu-ye adems la fuerte impermeabilizacin de la vaina a ladifusin del CO

2. Como consecuencia las concentra-

ciones de CO2que se consiguen en la vaina estn muy

por encima (2000 ppm) de las concentraciones de CO2

atmosfricas (360 ppm). Los metabolitos principales


2/13

86

CRISTINAECHEVARRAETAL.

que transportan carbono y poder reductor desde lasclulas del mesfilo a las de la vaina son el malato o elaspartato segn la modalidad de planta C

4(Hatch y

Slack, 1970). En este contexto fotosinttico basado en

la separacin fsica de las enzimas y que implica unintenso trfico intercelular de metabolitos, la fosfoe-nolpiruvato carboxilasa (PEPC; EC 4.1.1.31) inicia laprimera reaccin de la va metablica C

4en las clulas

del mesfilo (la carboxilacin del PEP) y es objeto deun alto grado de regulacin. La figura 1 recoge estosconceptos mostrando la anatoma Kranz de una hojade sorgo (una planta C

4 del tipo NADP-ME) y un

esquema, marcado en rojo, de las reacciones quecomportan la va C

4en este subtipo fotosinttico.

Otra variante fotosinttica en la que interviene elciclo C

4 es la que se da en las plantas CAM. En las

plantas CAM se reproduce el mismo ciclo C4; sin

embargo, la separacin de las dos carboxilaciones

es temporal. El mlico producido va PEPC se acu-mula en la vacuola durante la noche. Durante elda es descarboxilado. El CO

2 desprendido provoca el

cierre estomtico, minimizando la prdida de agua,y un aumento de la concentracin de CO

2 en las

inmediaciones de la Rubisco eliminando la fotorres-piracin. Finalmente, el CO

2 es asimilado en el

ciclo de Calvin-Benson. La eficiencia hdrica de lasplantas CAM es an mayor que la de las C

4 (Smith y

Winter, 1996).

FIGURA1: a) Corte transversal de unahoja de sorgo mostrando la anato-ma Kranz; CM, clula del mesfilo;CV, clula de la vaina; H, hacesvasculares; EP, epidermis, ES, esto-ma. b) Ciclo C4 en una planta deltipo NADP-enzima mlico (NADP-ME). Lnea gruesa gris, pared celulargruesa e impermeable que impide ladifusin de CO2en las clulas de lavaina. PEPC, fosfoenolpiruvato car-boxilasa; MDH, malato deshidroge-nasa; PPDK, piruvato fosfato diqui-nasa. Los datos de concentracin deCO

2 son los estimados para cada

tipo de clula.


3/13

87


Las plantas C4 y CAM constituyen una de las

adaptaciones ms complejas y representativas de losvegetales a condiciones de estrs (Sheen, 1999). Ade-ms, aquellas que son facultativas cambiando de meta-

bolismo fotosinttico C3a CAM o a C4en presencia deun factor ambiental estresante (baja concentracin deCO

2, altas temperaturas, salinidad, fotoperiodo o con-

diciones nutritivas adversas), representan unos de losms singulares y mejor conocidos ejemplos de aclimata-cin (Hasegawa et al., 2000; Lttge, 2004).

En este captulo profundizaremos en los aspectosrelacionados con la regulacin de la fosfoenolpiruvatocarboxilasa fotosinttica (PEPC) y en concreto en suregulacin postraduccional por fosforilacin reversible.

La fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC)

La fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC; EC4.1.1.31) cataliza la -carboxilacin irreversible delfosfoenolpiruvato (PEP) en presencia de HCO

3- y Mg2+,

para producir oxaloacetato (OAA) y Pi (Chollet et al.,1996). La PEPC fue caracterizada por primera vez enhojas de espinaca en 1953, considerndose durantemucho tiempo como una carboxilasa de plantas confuncin secundaria con respecto a la Rubisco (Bandur-

ski y Greiner, 1953). Sin embargo, el descubrimientode la fotosntesis C

4y la implicacin de una isoenzima

especfica de PEPC en esta ruta, aumentaron considera-blemente el inters por esta enzima. Adems de suimplicacin en este contexto fotosinttico, la PEPCtiene una multiplicidad de funciones en la clula.Debido a la baja Km por el sustrato bicarbonato (en elrango de molar) esta enzima interviene, como funcingeneral, en la economa del carbono de la clularecapturando el CO

2 respiratorio. Como funciones

especficas se le asignan una funcin anaplertica, la

regulacin del pH celular, interviene en la fijacin denitrgeno en leguminosas, en la absorcin y transportede cationes, en el movimiento estomtico y en lainteraccin del tubo polnico y el estilo (Chollet et al.,1996; Echevarra y Vidal, 2003; Izui, 2004). Tambinha sido implicada en la maduracin y germinacin dela semilla (Osuna et al., 1996, 1999; Gonzlez et al.,1998, Izui, 2004) y en la maduracin del fruto (Cholletet al., 1996; Echevarra y Vidal, 2003; Izui, 2004).

Para satisfacer esta multiplicidad de funciones laPEPC est formada por una familia multignica que

codifica diferentes isoenzimas. En Sorghum vulgare,por

ejemplo, estrepresentada por SvC3, PEPC constituti-va de Tipo-C

3; SvC4, PEPC fotosinttica de Tipo C

4; y

SvC3RI, PEPC de raz, inducible de Tipo C3(Crtin et

al., 1991). Recientemente se ha descrito la existencia de

una PEPC de tipo bacteriano enArabidopsis thaliana yarroz (Snchez y Cejudo, 2003).

La PEPC es una enzima citoslica ampliamentedistribuida en plantas, algas verdes y microorganismospero ausente en levaduras y animales (Chollet et al.,1996). Se organiza como un homotetrmero con subu-nidades de aproximadamente 110 kDa (Chollet et al.,1996). La estructura tridimensional de la PEPC de E.coli y maz muestra que las cuatro subunidades seorganizan en un dmero de dmeros y que todos losdeterminantes estructurales importantes son semejantes

entre las dos enzimas (Matsumura et al., 2002), con lanotable diferencia de la adquisicin de un dominio defosforilacin en las PEPC eucariotas que est ausente enla PEPC bacteriana (Snchez y Cejudo 2003; Vidal yChollet, 1997). Esta adquisicin ha resultado ser degran importancia ya que las PEPC de plantas estnfuertemente reguladas por fosforilacin reversible(Bakrim et al., 1993; Echevarra y Vidal, 2003). Tam-bin existen diferencias importantes entre la isoenzimafotosinttica (tipo C

4) y las isoenzimas de tipo C

3. Uno

de los requerimientos bsicos que estn en la base de las

diferencias cinticas de estas isoenzimas es poseer unaSer situada en la posicin 774 en la PEPC-C

4,que en la

PEPC-C3es una Ala (Blsing et al., 2000). Adems, el

segmento 296-437 (301-442 en maz) es tambin undeterminante crtico que caracteriza a las PEPC C

4

(Izui et al., 2004).

Regulacin postraduccional de la PEPC

La coordinacin entre el ciclo C4 y el ciclo de

Calvin-Benson (ciclo C3) exige una fuerte regulacin dela actividad de sus enzimas carboxiladoras. La PEPCest regulada a nivel transcripcional por diferentesfactores entre los que destacan la luz, factores de estrs(salinidad, estrs hdrico, nutricional), hormonas (ABAy citoquininas) y fotoperiodo (revisado en Echevarra etal., 2004). Sin embargo, en este captulo nos centrare-mos en la regulacin postraduccional de la PEPCprofundizando en su mecanismo de regulacin porfosforilacin reversible y en algunos de los aspectosnovedosos que conciernen a la fosfoenolpiruvato car-

boxilasa quinasa (PPCK), as como a los elementos de


4/13

88


la cadena de transduccin de seales que opera para lasntesis/activacin de esta enzima.

La PEPC est sujeta a regulacin alostrica. Enplantas dicotiledneas, la PEPC se activa por glucosa 6-

fosfato (G6P) y se inhibe por L-Malato o Aspartato(Asp). En plantas monocotiledneas, adems de stos,la Glicina o la Alanina son activadores (Chollet et al.,1996; Izui et al., 2004). El L-malato interacciona con laenzima en diferentes puntos, produciendo una inhibi-cin competitiva, no competitiva o mixta dependiendodel pH, de la concentracin y del estado de fosforila-cin de la PEPC (Chollet et al., 1996; Echevarra et al.,1994). La G6P incrementa la V

maxde la PEPC produ-

ciendo una bajada de la Kmpara el PEP y disminuye el

efecto inhibidor del malato (Chollet et al., 1996).

Tanto la actividad cataltica como el control metablicoson altamente dependientes del pH, especialmentecuando se ensaya a valores subptimos de 7,1 a 7,3(Echevarra et al., 1994); as, la afinidad de la enzimapor PEP y Mg2+aumenta fuertemente entre pH 7 y 8.El pH ptimo de la actividad de la enzima ensayada invitro es de 8.

La PEPC C4 evolucion a partir de isoenzimas

ancestrales C3 durante la evolucin de las angiosper-

mas, adquiriendo propiedades cinticas y de regulacindistintas a las de las isoenzimas C

3. As, para la

isoenzima fotosinttica C4de maz encontramos valoresde K

mpara PEP, Mg2+, y HCO

3-a pH 7,3 de 30, 10 y 2

veces superiores a los de la forma C3, respectivamente

(Dong et al., 1998).La regulacin de la actividad de la PEPC est

influenciada por el estado oligomrico de la enzima,siendo el tetrmero la conformacin ptima, seguidadel dmero, y con un monmero inactivo. Los cambiosen el estado de oligomerizacin estn propiciados porfactores como dilucin de la enzima, concentracin desales en el medio de ensayo, concentracin de L-Malato

o baja temperatura (Chollet et al., 1996). Sin embargo,la contribucin real de esta regulacin a la actividad dela enzima in vivo no est clara en plantas C

4. Por el

contrario, en plantas CAM hay evidencias de que eltetrmero actuara durante la fase nocturna asociado ala fase activa de fijacin de CO

2 (Chollet et al., 1996).

La abundancia de cistenas en la PEPC (7, enposiciones altamente conservadas) hace pensar que laactividad de la PEPC podra estar influenciada por elestado redox de la enzima (Chollet et al., 1996). Sinembargo, hasta la fecha no se ha descrito ninguna

cascada de xido/reduccin tipo ferredoxina/tiorredo-

xina implicada en la regulacin de la PEPC (Chollet etal., 1996). En otro sentido, recientemente se ha descri-to que productos como DTT, mercaptoetanol, o gluta-tin reducido, cambian dbilmente la sensibilidad de la

PEPC C4 al malato in situ (Pierre et al., 2004). Sinembargo, ninguno de estos componentes tiene efecto invitro. El efecto observado no se debe a ningn procesomediado por tiorredoxina o dependiente de fosforila-cin; sin embargo, debido a que el glutatin es uncompuesto fisiolgico que se encuentra en el citosolprincipalmente en estado reducido, los autores propo-nen una posible contribucin de este compuesto tilicoa la proteccin de la enzima frente al mlico (Pierre etal., 2004).

Regulacin de la PEPC por fosforilacin

reversible

La fosforilacin reversible de la PEPC fotosintticase puso de manifiesto en Bryophyllumy maz, plantasCAM y C

4 respectivamente (Chollet et al., 1996).

Estudios posteriores pusieron de manifiesto que lafosforilacin de la PEPC depende de luz en plantas C

4

(Echevarra et al., 1990) y de un oscilador circadianoan sin identificar en plantas CAM (Nimmo, 2000).

En cualquiera de estos casos la fosforilacin de la PEPCest asociada a la etapa activa de fijacin de CO

2. Es un

mecanismo sinrgico que altera la regulacin metabli-ca de sus efectores negativos, L-Malato, y positivo,G6P, y la respuesta al pH (Echevarra et al., 1994). LaPEPC fosforilada es menos sensible a mlico, respondemejor a G6P y es ms eficaz a pH subptimo perofisiolgico de 7 y 7,3 (Echevarra y Vidal, 2003).

La fosforilacin de la PEPC se produce en unnico residuo de serina (Ser), localizado en el extremoN-terminal de la protena. La Ser fosforilable reside en

el motivo E/DR/KxxS*IDAQL/MR, comn a todas lasenzimas de plantas secuenciadas hasta la fecha, peroausente en las PEPC de cianobacterias y en la PEPC detipo bacteriano de plantas (Chollet et al., 1996; Sn-chez et al., 2003). Este hecho sugiere que la regulacinde la enzima por fosforilacin ocurre en los mltiples ydiversos contextos fisiolgicos donde la PEPC estinvolucrada.

Los estudios de mutagnesis dirigida sobre unaPEPC C

4recombinante de sorgo, pusieron de manifies-

to que el efecto de la fosforilacin puede ser simulado

por la introduccin de una carga negativa, sustituyendo


5/13

89


el residuo de serina por aspartato (S8D) en el extremoN-terminal de la protena. La incorporacin de unacarga negativa en dicho dominio se traduce en unaumento de la velocidad cataltica y una disminucin

de la sensibilidad al L-Malato (Chollet et al., 1996). Lamodificacin de las propiedades funcionales de laPEPC tambin se consigue por la unin a la PEPC deanticuerpos especficos dirigidos contra el pptido sin-ttico de 20 aminocidos del extremo N-terminal, quecontiene la secuencia del sitio de fosforilacin de laenzima C

4 de hojas de sorgo, denominados APS-IgG

(Pacquit et al., 1995). Estos anticuerpos imprimen unadistorsin en la molcula que simula la fosforilacin(Pacquit et al., 1995). Otros tratamientos como lasustitucin de un residuo bsico situado tres aminoci-

dos antes de la Ser por Asn, o la eliminacin delpptido N-terminal de la PEPC-C

4de maz con entero-

quinasa mimetizan parcialmente el efecto de la fosfori-lacin (Izui et al., 2004).

La fosfoenolpiruvato carboxilasa quinasa(PPCK)

La fosforilacin de la PEPC la realiza una protenaquinasa llamada PEPC-quinasa (PPCK). La PPCK es

altamente especfica, pertenece a la familia de lasquinasas Ca2+/calmodulina dependientes (CDPK) aun-que no posee ninguna extensin N-terminal ni C-terminal que contenga motivos de regulacin comositios de unin a Ca2+ o secuencia autoinhibidora;tambin carece de motivos de fosforilacin. Su activi-dad es independiente de Ca2+, y es la proteina kinasams pequea conocida hasta la fecha con un pesomolecular de 32 kDa (Hartwell et al., 1999). Es laprimera quinasa descrita cuya regulacin se producepor cambios rpidos en su velocidad de sntesis, con

una velocidad de recambio de 2 h (Hartwell et al.,1999; Jiao et al., 1991). Las PEPC-quinasa de Flaveriay de M. crystallinumcontienen una secuencia especfica(GAA, ATAGAT y elementos GTA) en la regin 3 nocodificante, determinantes para los ARNm de vidacorta, por lo que se les supone una tasa de recambiorpida para el ARNm (Tsuchida et al., 2001).

Las primeras PEPC-quinasas se clonaron a partirde Kalanchoe fedltschenkoiyArabidopsis en 1999 (Hart-well et al., 1999). En la actualidad se sabe que la PEPC-quinasa est codificada por una pequea familia de

genes (Hartwell et al., 1999; Nimmo, 2003; Shenton et

al., 2006). El genoma deArabidopsisposee dos genes dePEPC-quinasa, PPCK1 y PPCK2, siendo PPCK1 elquese expresa de forma ms abundante en las hojas dela roseta (Fontaine et al., 2002; Nimmo, 2003). En

tomate, la expresin de PPCK2 aumenta considerable-mente durante la maduracin del fruto (Marsh et al.,2003). Tambin se han encontrado representantes deestas dos isoenzimas en berenjena y tabaco (Marsh etal., 2003) y en F. trinervia (Nimmo et al., 2003;Echevarra y Vidal, 2003; Izui et al., 2004). En soja sehan identificado cuatro representantes de PPCK(Sulli-van et al., 2004). Dos de las isoformas (GmPPCK2 yGmPPCK3) se expresan preferentemente en el ndulodependiendo del aporte de fotosintatos desde la raz(Sullivan et al., 2005; Xu et al., 2003, 2007).

Los productos de la traduccin de los ADNc de losgenes PPCKconstan de 274-307 residuos de aminoci-dos, y poseen una masa molecular de 31-33 kDa. Alalinear secuencias de PEPC-quinasa, se observa que lossubdominios IV, V y VIA son muy variables mientrasque los X y XI estn muy conservados y son caracters-ticos de esta enzima (Izui et al., 2004).

En especies C4se han identificado varios represen-

tantes de PEPC-quinasa. En F. trinerviase ha identifi-cado un gen PPCKque se expresa fuertemente en hojasen respuesta a la luz (Tsuchida et al., 2001), mientras

que su expresin en otros tejidos es muy escasa, por loque se cree que este gen codifica la PPCK C

4 que

fosforila a la PEPC fotosinttica (Shenton et al., 2006).En maz se han identificado cuatro genes que codificanpara PPCK, denominados ZmPPCK1-4 (Shenton etal., 2006). ZmPPCK1 se expresa preferentemente enrespuesta a luz en las clulas del mesfilo de hojas,mientras que ZmPPCK2 se expresa en luz y oscuridaden clulas de la vaina y no parece estar sometido aregulacin circadiana. Los otros dos genes dePPCKdemaz se expresan en menor nivel y en otros tejidos de la

planta (Shenton et al., 2006). En sorgo, se han descritoSbPPCK1 y SbPPCK2, equivalentes a ZmPPCK1 yZmPPCK2. Las protenas PPCK1 y PPCK2 de sorgoposeen un 92 % y un 90% de identidad de aminoci-dos con las quinasas 1 y 2 de maz respectivamente.

Adems, la expresin de SbPPCK1 aumenta de formadrstica en respuesta a luz, mientras que la respuesta deSbPPCK2a los cambios luz/oscuridad es menor. Estosresultados muestran que los genes ZmPPCK1 ySbPPCK1 codificaran para la PPCK1, que estaraconsiderada como la PPCK fotosinttica que opera en

el ciclo C4(Shenton et al., 2006). Las protenas PPCK2


6/13

90


y 3 de maz y la 2 de sorgo son muy parecidas entre s,y se diferencian del resto de miembros de la familiaPEPC-quinasa en que contienen una insercin cida delongitud variable entre el dominio VIb y VII del

dominio cataltico quinasa (Shenton et al., 2006).

Cadena de transduccin de sealesque conduce a la sntesis/activacinde la PEPC-quinasa

La PEPC-quinasa est regulada principalmente anivel transcripcional (Hartwell et al., 1999). En plantasC

4, la PEPC-quinasa se activa durante el da en respues-

ta a una alta intensidad luminosa, a travs de una

cadena de transduccin de seales de la que se conocennumerosos componentes (Coursol et al., 2000; Echeva-rra y Vidal, 2003; Giglioli-Guivarch et al., 1996;). Enplantas CAM, la sntesis de la PEPC-quinasa dependede un oscilador circadiano que acta en conjuncincon el malato (Nimmo, 2000). En el caso de las plantasCAM, el L-Malato se libera de la vacuola al citosoldurante el da, disminuyendo la expresin del genPPCK, la actividad PEPC-quinasa y el estado de fosfo-rilacin de la PEPC, proceso que se revierte en oscuri-dad (Bakrim et al., 2001) siguiendo un ritmo circadia-

no (Nimmo, 2000 y 2003).La cintica de aparicin de la actividad PPCK en la

hoja de maz (planta C4) es relativamente lenta, con un

mximo de actividad despus de 90 min de ilumina-cin (Echevarra et al., 1990). La inhibicin de esteproceso por CHX sugiere la implicacin de una neosn-tesis de la enzima como elemento de la cadena detransduccin que conduce a la fosforilacin de la PEPCin vivo (Hartwell et al., 1999; Jiao et al., 1991) o insitu, en los protoplastos de clulas del mesfilo deDigitaria (Giglioli-Guivarch et al., 1996).

La fotoactivacin de la PEPC-quinasa C4 estmediada por la fotosntesis, ya que se inhibe en presen-cia de inhibidores del flujo fotosinttico de electrones(DCMU), de desacoplantes y tambin de inhibidoresdel ciclo de Calvin (Chollet et al., 1996; Echevarra yVidal, 2003 Vidal y Chollet, 1997). Resultados obteni-dos en protoplastos de clulas del mesfilo ponen demanifiesto que la basificacin del pH y la presencia deCa2+ son elementos indispensables para la fotoinduc-cin de la actividad PEPC-quinasa, as como para lafosforilacin in situde la PEPC. En este sentido, se ha

sugerido que el cido 3-fosfoglicrico (3-PGA) es el

metabolito mensajero que produce la regulacin positi-va de la quinasa en plantas C

4 (Giglioli-Guivarch et al.,

1996). En las hojas C4 iluminadas, este metabolito es

producido en el ciclo de Calvin en los cloroplastos de

las clulas de la vaina y difunde a las clulas vecinas delmesfilo, donde se transporta al cloroplasto en suforma parcialmente protonada. Existen evidencias queapoyan que este proceso de bombeo de protones, y laconsecuente alcalinizacin del citosol es, de hecho, loque dispara la transduccin de seales para la sntesis dela quinasa en las clulas del mesfilo C

4 (Giglioli-

Guivarch et al., 1996). La secuencia de acontecimien-tos de esta cadena de transduccin de seales en hojasC

4implicara los siguientes elementos: i) la luz, a una

intensidad luminosa superior a 200 E m-2s-1; ii) el 3-

PGA, producido en el ciclo de Calvin y que estransportado al mesfilo actuando como mensajerointercelular; iii) la basificacin del pH citoslico; iv) laparticipacin de una fosfolipasa C dependiente deinositol (PI-PLC) (Coursol et al., 2000) y produccinde inositol trifosfato (IP

3); v) apertura de canales de

Ca2+del tonoplasto (sensibles a TMB8) y activacin deuna quinasa Ca2+-dependiente (inhibida por W7), concaractersticas de protena quinasa C (PKC) (Coursol etal., 2000; Echevarra y Vidal, 2003; Giglioli-Guivarchet al., 1996; Osuna et al., 2004); vi) sntesis de la

PEPC-quinasa; vii) fosforilacin de la PEPC, hecho asu vez modulado por una regulacin metablica (L-malato y G6P) y por el pH (Echevarra et al., 1994).

Adems, resultados recientes de nuestro grupo hanmostrado que en la cadena de transduccin de sealeshay otra fosfatasa implicada (datos no publicados). Estafosfatasa sera de tipo 2B o 2C, ya que no es sensible alcido okadico ni a la microcistina-LR (inhibidoresespecficos de PP2A).

Segn estudios realizados en protoplastos y hojasde M. crystallinum, existe una cascada de transduccin

similar a la de plantas C4 en plantas CAM (Bakrim etal., 2001; Taybi et al., 1999). En ellas, el incremento depH desencadenante de la sealizacin, que permitira laexpresin del gen PPCK,sera el resultado del transpor-te de cido mlico a la vacuola durante la noche.Cuando el malato se libera de la vacuola al citosoldurante el da, la expresin y actividad de la quinasa y elestado de fosforilacin de la PEPC disminuyen (Cour-sol et al., 2000; Giglioli-Guivarch et al., 1996; Vidal yChollet, 1997). En las plantas CAM, el malato produ-cido por la PEPC citoslica durante la noche se

transporta activamente a la vacuola. Este transporte se


7/13

91


realiza por ATP-asas de H+del tonoplasto que estable-cen un gradiente electroqumico de H+ a travs de lamembrana cuando los protones son bombeados a lavacuola (Cushman y Bohnert, 1999). Puede ser que

este proceso produzca la alcalinizacin del citosol enlas clulas del mesfilo de hojas CAM. Apoyandoesto, se ha visto que el pH citoslico del mesfilo en laplanta CAM Kalanchoe daigremontiana aumentaaproximadamente en 0,3 unidades durante la ultimafase da/principio de oscuridad.

Los metabolitos, adems de regular la sntesis enplantas CAM (Nimmo, 2003), tambin tienen efectosen algunas plantas C

3 y C

4. Por ejemplo, plantas de

tabaco a las que se les suministra malato por corrientetranspiratoria, reducen los niveles de actividad y de

transcritos de la nitrato reductasa, que a su vez estncoordinados con los de PEPC y PEPC-quinasa (Nim-mo, 2003). En ndulos, el gen de PPCKse expresa enfuncin de los fotosintatos translocados por la hoja,siendo la PEPC fosforilada durante el ciclo de luz,coincidiendo con el mayor aporte de fotosintatos (Ni-mmo, 2003; Xu et al., 2003).

Numerosos estudios realizados en hojas de plantasC

3y en rganos no fotosintticos indican que en estas

plantas y rganos C3, la activacin de la PPCK tambin

ocurre por sntesis proteica a travs de una cadena de

sealizacin que comparte numerosos elementos con ladescrita en las plantas C

4 y CAM, con la notable

excepcin de la activacin de la PPCK de semillas detrigo y cebada durante la germinacin (Osuna et al.,1999). As, en protoplastos de clulas del mesfilo de

Arabidopsis se ha comprobado que la expresin dePPCK1(la PPCK especfica de la roseta) se activa porluz e implica el ciclo de los fosfoinostidos, flujos decalcio desde la vacuola al citosol, y la regulacinpositiva de la PEPC-quinasa mediante el aumento en latasa de renovacin (Gousset-Dupont et al., 2005).

Adems, esta cascada es dependiente de fotosntesis. Sinembargo, en plantas y rganos C

3 se han descrito

algunas variantes. Por ejemplo, en hojas cortadas detabaco, el aumento de actividad PEPC-quinasa sebloquea por inhibidores de la fotosntesis y por CHX,pero tambin por inhibidores de la glutamina sintetasa(Li et al., 1996). Esta inhibicin se revierte parcial yespecficamente al aplicar glutamina exgena a lashojas, lo que induce a los autores a concluir que laPPCK se activa por luz en plantas C

3 mediante una

ruta similar, pero no idntica, a la que ocurre en maz.

En protoplastos del mesfilo de cebada, se ha observa-

do que la fosforilacin de la PEPC dependiente de luzse modula por sntesis proteica y por calcio, sin embar-go, esto ocurre sin una fluctuacin asociada de losniveles de PEPC-quinasa, que se detecta siempre (Smi-

th et al., 1996). Otra variante importante es la definidapor nuestro grupo. En trabajos realizados con semillasde trigo y cebada hemos puesto de manifiesto lafosforilacin de la PEPC durante la germinacin. Sinembargo la activacin de la PPCK, inactiva en lasemilla seca, no se produce por sntesis proteica (Osunaet al., 1996 y 1999) sino por un aumento en la relacinG6P/malato que se produce en las primeras horas de lagerminacin (Feria et al., 2005).

Recientemente, los trabajos de Sullivan et al.(2004) describen un gen de PPCKde soja (PPCK4),

una planta C3, que se regula de forma circadiana en ho-jas pero no en races. Comprueban que el gen del relojcircadiano LHY/CCA1se expresa tanto en hojas comoen races siguiendo el ciclo normal, lo que indica que elreloj funciona en ambos rganos, pero slo est conec-tado a la expresin del gen PPCK4 en las hojas. En estetrabajo se describe por primera vez la expresin de ungen PPCKbajo un control circadiano en una planta queno es CAM y, adems, ese control es dependiente delrgano de la planta (Sullivan et al., 2004 y 2005).

Finalmente, en arroz, se ha descrito recientemente

un nuevo mecanismo en el control de la expresin deuno de los genes dePPCK, en concreto OsPPCK2. Estemecanismo se ha llamado iniciacin alternativa de latranscripcin, y consiste en la expresin de dos trans-critos distintos a partir del mismo gen (Fukayama et al.,2006), uno ms corto y otro ms largo (OsPPCK2-S yOsPPCK2-Lrespectivamente). La expresin diferencialde este gen en respuesta a la nutricin por fosfato ynitrgeno sugiere que la iniciacin alternativa es unmecanismo de regulacin de la PPCK2 con significa-cin fisiolgica (Fukayama et al., 2006).

Otros mecanismos de regulacin de la PPCK

Aunque la sntesis/degradacin de la PEPC-quina-sa representa el mecanismo principal de regulacin,existen otros factores que pueden regular la actividad dela enzima. En este sentido, la PEPC-quinasa estregulada por el pH, siendo su ptimo in vitro de 8(Chollet et al., 1996; Echevarra et al., 1994). Adems,la fosforilacin de la PEPC en ensayos reconstituidos

con PEPC-quinasa est regulada por metabolitos


8/13

92


(Echevarra et al., 1994). La fosforilacin es inhibi-da por L-Malato (Echevarra et al., 1994). Esta inhi-bicin por L-Malato es revertida en presencia de G6P(Echevarra et al., 1994; Chollet et al., 1996; Echevarra

y Vidal, 2003). La base de este mecanismo sera uncambio de conformacin de la PEPC en presencia deestos metabolitos y no una accin directa de ellos sobrela actividad PEPC-quinasa (Chollet et al., 1996; Eche-varra et al., 1994; Echevarra y Vidal, 2003). Estaregulacin por metabolitos de la fosforilacin de laPEPC tambin ocurre durante el desarrollo, madura-cin y germinacin de semillas de cebada y de sorgo(Feriaet al., 2005; Osuna et al., 1999).

Recientemente se ha aislado un inhibidor de laPEPC-quinasa de hojas de plantas C

4(en maz) y CAM

(en K. fedtschenkoi). Su naturaleza es proteica (100kDa), y se une por interaccin directa inhibiendo elnivel basal de PEPC-quinasa existente en condicionesbajo las cuales no se requiere un flujo rpido decarbono a travs de la PEPC (Nimmo et al., 2001). Porel momento no parece estar directamente implicado,como elemento esencial, en la regulacin luz/oscuri-dad de la actividad PEPC-quinasa C

4o de la regulacin

circadiana de la PEPC-quinasa de plantas CAM.Por otra parte, los trabajos de Saze et al. (2001)

muestran que la PPCK de maz se inactiva in vitro en

condiciones semi-oxidativas, y se reactiva eficientemen-te por una reduccin mediada por tiorredoxina. Ade-ms, observan el mismo fenmeno con la PPCK de F.trinervia (Saze et al., 2001). Sin embargo, no hanobtenido evidencias de que el mecanismo sea operativoin vivo o que est implicado en la regulacin circadianade la PPCK, ni en plantas C

4ni en CAM.

Otro mecanismo implicado en la regulacin de laPPCK podra provenir de la interaccin con su sustra-to, la PEPC. En este sentido, se ha constatado quecuando se utiliza como sustrato de la fosforilacin un

pptido sinttico de 20 aminocidos que contiene eldominio de fosforilacin de la PEPC, la eficiencia de lafosforilacin por la PPCK es muy baja. Estos resultadossugirieron la existencia de un sitio secundario deinteraccin con la PPCK. Este segundo sitio de interac-cin es, al menos in vitro, el extremo C-terminal de laPEPC (lvarez et al., 2003). Resultados recientes obte-nidos por nuestro grupo mostraron que un pptidosinttico que contiene los ltimos 19 aminocidos delextremo C-terminal de la PEPC, inhibe in vitro lafosforilacin de la PEPC por la PPCK, aportando

la primera evidencia de que la alta especificidad de la

PEPC-quinasa por la PEPC, podra provenir de lainteraccin con el dominio C-terminal hidrofbico desu sustrato (lvarez et al., 2003).

Regulacin de la PPCK en condiciones

de estrs

Las plantas C4y CAM son conocidas por tener una

eficiencia hdrica superior a la de las plantas C3(Smith y

Winter, 1996). Adems, son plantas muy competitivasen ambientes salinos (Echevarra et al., 1988; Hase-gawa, 2000). La contribucin de la PEPC a esta res-puesta al estrs salino se demostr en algunas especiesC

4como el sorgo (Amzallag et al., 1990), y tambin en

especies C3(Popova et al., 1995), con un aumento de laactividad PEPC. Tambin se ha mostrado un aumentode la actividad PEPC en ndulos tratados con diferen-tes concentraciones de sal (Soussi et al., 1998). En laplanta halfita Mesembryanthemum crystallinumla sali-nidad induce la transcripcin y la actividad de la PEPCy del metabolismo CAM. Sin embargo, curiosamente,el promotor de la PEPC de Mesembryanthemum crysta-llinum expresado en plantas transgnicas de tabaco noes inducible por sal (Cushman et al., 1993).

En la actualidad se sabe que el estrs salino

conlleva un incremento de PEPC y paralelamente unaumento de actividad nocturna de la PPCK Ca2+-independiente, en plantas CAM (Chollet et al., 1996).Estudios realizados en la planta Clusia, con patronesfotosintticos entre C

3y CAM constitutivo, han podi-

do demostrar que la expresin de la PEPC es el factorprimario determinado por la capacidad genotpica delCAM y que la abundancia de transcritos de PPCKregulados durante el da y la noche (alto durante lanoche) es ms bien la consecuencia del funcionamientodel CAM y de la fluctuacin diurna de metabolitos

(Taybi et al., 2004). Si bien se sabe que la expresin dela PEPC en la induccin del CAM por salinidad u otrosfactores de estrs es tambin producida por ABA (Taybiet al.,2002), no existen datos sobre la participacin deesta hormona en la expresin de la PPCK.

La induccin de la PEPC y de la PPCK en elmetabolismo CAM est bien documentada (Taybi etal., 2002; Nimmo, 2003); sin embargo, existen pocostrabajos sobre la contribucin del mecanismo de fosfo-rilacin de la PEPC a la adaptacin o tolerancia a lasalinidad, y en general a otros estreses, en plantas C

4.

Este concepto es tanto ms importante cuanto que es


9/13

93


conocido que en la planta C4 la fosforilacin de la

PEPC responde del 85% de la eficacia fotosinttica(Bakrim et al., 1993; Nimmo, 2000).

Los primeros resultados publicados sobre el efecto

de la salinidad en la PPCK y en la fosforilacin de laPEPC en una planta C

4 fueron obtenidos por nuestro

grupo y derivan del hallazgo de un espectacular aumen-to de la actividad de la PPCK en extractos crudos deplantas de sorgo aclimatadas a concentraciones crecien-tes de NaCl (172 y 258 mM NaCl). Este aumento dePPCK repercute en un incremento de la fosforilacinin vivo de la PEPC, sin embargo los niveles de PEPCno se ven alterados (Echevarra et al., 2001). El efectosobre la PPCK es independiente del estrs osmtico; sedebe a la toxicidad inica siendo tambin promovido

por Li+(Garca-Maurio et al., 2003), y no es promovi-do por la aplicacin de ABA exgeno bien a cultivoshidropnicos o por pulverizacin foliar (Echevarra etal., 2001). Por ltimo, el tratamiento con NaCl au-menta la actividad PPCK de hojas de sorgo en oscuri-dad en un proceso que depende de sntesis proteica.Este es el primer contexto metablico en el que seinduce la sntesis de la PPCK en oscuridad, en una hojade planta C

4. La consecuencia de este hecho es un

considerable aumento de la concentracin de malato enoscuridad adems de un incremento de malato en luz

respecto de las plantas controles. La ausencia de fijacinnocturna de CO

2 parece indicar que la planta C

4 en

condiciones de estrs severo, al igual que algunas C3,

podra manifestar un CAM-latente con un aumento delos niveles de malato tanto nocturnos como diurnos(Garca-Maurio et al., 2003). Adems del estrs salinose han descrito resultados sobre un aumento de laPPCK en aire libre de CO

2, en plantas CAM (Nimmo,

2000) y en estrs oxidativo (Izui et al., 2004).En conjunto estos resultados indican que la parti-

cipacin de la PEPC en situaciones de desecacin,

salinidad, o CO2limitante, se puede establecer por unaregulacin del nivel de fosforilacin de la enzimadestacando el papel de la PPCK como enzima implica-da en mecanismos de tolerancia al estrs.

Regulacin de la degradacinde la PEPC-quinasa

El protagonismo en los estudios de la PPCK haestado centrado en la regulacin de la sntesis de la

enzima y de la cadena de transduccin de seales que

conduce a la sntesis/activacin tanto en plantas C4

como CAM. Este hecho est justificado porque lasntesis de la PPCK es el elemento principal de laregulacin circadiana de la actividad PPCK en estas

plantas. En este sentido se le ha prestado muy pocaatencin a la regulacin de la degradacin y a losmecanismos implicados. Los resultados obtenidos porel grupo de Izui (Agetsuma et al., 2005), utilizando unaPEPC-quinasa recombinante de F. trinervia expresadatransitoriamente en protoplastos de clulas de mesfilode maz, sugieren que la PEPC-quinasa puede serdegradada va ubiquitina-proteasoma. Sin embargo, losexperimentos realizados con anticuerpos anti ubiquiti-na en los que utiliza extractos crudos o PPCK purifica-da de hojas de maz no le han permitido mostrar que la

PPCK de la planta est ubiquitinada, sugiriendo quepueda ser debido a una falta de afinidad del anticuerpoo a la poca abundancia de esta protena. Resultadosrecientes obtenidos por nuestro grupo muestran que enhojas de sorgo la degradacin de la PPCK est reguladapor ABA en un proceso que podra estar mediado porel proteosoma. Tanto el ABA como el inhibidorMG132, infiltrados a hojas o a discos de hojas inhibenla degradacin de la PPCK. Estas son la primerasevidencias mostradas en plantas de que la degradacinde la PPCK podra regularse por un mecanismo en el

que estara implicado el ABA y el proteosoma (Monrealet al., 2007a). La regulacin de la degradacin de laPPCK podra tomar relevancia en contextos especficoscomo plantas sometidas a estrs. En este sentido, hemosobtenido evidencias de que en plantas tratados con Li+

el aumento espectacular de PPCK que se mantiene apartir de 30 min de iluminacin es independiente de latranscripcin de la PPCK va PLC, y se debe, en parte,a la inhibicin de la degradacin (Monreal et al.,2007b).

Otras vas alternativas de sealizacin

para la sntesis/activacin de la PPCK

Los trabajos realizados por nuestro grupo sobre lacadena de sealizacin que conduce a la sntesis/activacin de la PPCK en condiciones de estrs salino oLi+han aportado una nueva visin de esta sealizaciny han abierto nuevas alternativas de gran importancia.El hecho clave ha sido trabajar con discos de hojas encontraposicin a los estudios clsicos de sealizacin

realizados en protoplastos de hojas. En este sistema, la


10/13

94


fosforilacin de la PEPC no se inhibe en presencia deTMB8 o verapamil (inhibidores de los canales de Ca2+

de los compartimentos endgenos como la vacuola)sino que necesita la presencia de EGTA en el medio de

incubacin de los discos de hojas. Este experimento hapuesto en evidencia por primera vez que la ruta desealizacin de la PPCK puede utilizar tanto el Ca2+

endgeno como el exgeno. Adems, en discos de hojasy en hojas infiltradas, el inhibidor de la ruta de la PI-PLC, el U73123, no inhibe por completo la activacinde la PPCK como ocurre en protoplastos (Coursol etal., 2000), indicando que la activacin de la PPCKpuede ocurrir por vas alternativas a la descrita hasta lafecha en la que la sealizacin se produce por la va dela PI-PLC. Estos resultados sugieren adems que los

canales de Ca2+ del plasmalema, poco activos en losprotoplastos, son funcionales en el sistema ntegro delas hojas con una importante repercusin en los recur-sos de utilizacin de Ca2+ y en la versatilidad de larespuesta de activacin de la PPCK. Tambin hemospuesto en evidencia que el n-butanol (inhibidor de laruta de la fosfolipasa D) inhibe la sntesis de la PPCK

sugiriendo que la ruta de la fosfolipasa D (PLD) podrarepresentar una ruta alternativa o adicional de sealiza-cin. Otro mensajero de esta ruta como el cidofosfatdico (PA) tambin parece intervenir; sin embargo

sern necesarios ms experimentos para consolidar estasalternativas. Una hiptesis que pudiera integrar estasposibilidades podra ser que la enzima de la cadena detransduccin que es regulada por Ca2+ (inhibida por

W7) estuviera tambin regulada por PA, lo que podrallevarnos a una quinasa del tipo protena quinasa C(PKC). En plantas no existen PKC como tal pero sCDPK que responden a estos criterios de regulacin,las PKC-like (Hrabak et al., 2003). Una enzima de estascaractersticas ha sido recientemente caracterizada enhojas de sorgo (Osuna et al., 2004). Estudios realizados

en colaboracin con el Dr. Vidal muestran que estaenzima est presente en las hojas de plantas C

4y que es

activada por Ca2+ y por PA. La figura 2 ilustra unesquema hipottico de la organizacin de los diferenteselementos nuevos que podra intervenir en la sealiza-cin de la sntesis de la PPCK en las clulas del mesfiloincidiendo en los puntos de regulacin del Ca2+.

FIGURA2: Posible papel del Ca2+enla sealizacin que controla la sn-tesis de la PPCK en las clulas delmesfilo. Posible implicacin de la

PLD y de una PKC-like. CDPK, quina-sa Ca2+ dependiente calmodulinaindependiente; DAG, diacilglice-rol; PLC, fosfolipasa C, PLD, fosfo-lipasa D; Ins (1,4,5)P3, inositol 1,4,5trisfosfato; PA, cido fosfatdico;Ptdlns(4,5)P2 , fosfatidylinositol -4,5- bifosfato; PtdCho, fosfatidilco-lina ; PEPC-OH y PEPC-OP, PEPC ensu forma desfosforilada y fosforila-da respectivamente. PEPCk, fosfo-enolpiruvato carboxilasa quinasa.(Esquema adaptado de Vidal etal., 2007. Calcium and the controlof C

4 photosynthesis. Med. Sci.

23, 18-20).


11/13

95


Referencias bibliogrficas

AGETSUMA, M.; FURUMOTO, T.; YANAGISAWA, S. e IZUI, K.,2005. The ubiquitin-proteasome pathway is involved inrapid degradation of phosphoenolpyruvate carboxylase kinase

for C4 photosynthesis. Plant Cell Physiol. 46, 389-398.LVAREZ, R.; GARCA-MAURIO, S.; FERIA, A.B.; VIDAL, J. y

ECHEVARRA, C., 2003. A conserved 19 amino acid syntheticpeptide from the carboxy-terminus of phosphoenolpyruvatecarboxylase inhibits the in vitro phosphorylation of theenzyme by the Ca2+-independent phosphoenolpyruvate car-boxylase kinase. Plant Physiol.132, 1097-1106.

AMZALLAG, G.N.; LERNER, H.R. y POLJAKOFF-MAYBER, A.,1990. Exogenous ABA as a modulator of the response ofsorghum to high salinity. Journal Exp. Botany 41 (233),1529-1534.

BAKRIM, N.; PRIOUL, J.L.; DELEENS, E.; ROCHER, J.P.; ARRIO-DUPONT, M.; PIERRE, J.N.; VIDAL, J. y GADAL, P., 1993.Regulatory phosphorylation of C

4 PEPC, a cardinal event

influencing the photosynthesis rate in Sorghum and maize.Plant Physiol.101, 891-897.BAKRIM, N.; BRULFERT, J.; VIDAL, J. y CHOLLET, R., 2001.

Phosphoenolpyruvate carboxylase kinase is controlled by asimilar signaling cascade in CAM and C

4plants. Biochem.

Biophys. Res. Commun. 286, 1158-1162.BANDURSKI, R.S. y GREINER, C.M., 1953. The enzymatic

synthesis of oxalacetate from phosphorylenolpyruvate andcarbon dioxide.J. Biol. Chem.204, 781-786.

BLSING, O.E.; WESTHOFF, P. y SVENSSON, P., 2000. Evolutionof phosphoenolpyruvate carboxylase in Flaveria, a conservedserine residue in the carboxy-terminal part of the enzyme is amajor determinant for C

4-specific characteristics. J. Biol.

Chem.275, 27917-27923.

CHOLLET, R.; VIDAL, J. y OLLEARY, M., 1996. Phosphoenol-pyruvate carboxylase: a ubiquitous highly regulated enzymein plants.Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 47, 273-298.

CRTIN, C.; SANTI, S.; KERYER, E.; LEPINIEC, L.; TAGU, D.;VIDAL, J. y GADAL, P., 1991. The phosphoenolpyruvatecarboxylase gene family in Sorghum: promoter structure,aminoacid sequences and expression of genes. Gene., 99, 87-94.

CUSHMAN, J.C.; MEINERS, M.S. y BOHNERT, H.J., 1993.Expression of a phosphoenolpyruvate carboxylase promoterfrom Mesembryanthemum crystallinumis not salt-inducible inmature transgenic tobacco. Plant. Mol. Biol.21, 561-566.

CUSHMAN, J.C. y BOHNERT, H.J., 1999. Crassulacean acidmetabolism: molecular genetics. Ann. Rev. Plant Physiol.Plant Mol. Bio.l, 50, 305-332.

COURSOL, S.; GIGLIOLI-GUIVARCh, N.; VIDAL, J. y PIERRE,J.N., 2000. An increase in phosphoinositide-specific phos-pholipase C activity precedes induction of C

4 phosphoenol-

pyruvate carboxylase in illuminated and NH4Cl-treated

protoplasts from Digitaria sanguinalis. Plant J., 23, 497-506.DONG, L.Y.; MASUDA, T.; KAWAMURA, T.; HATA, S. y IZUI, K.,

1998. Cloning, expression, and characterization of a root-form phosphoenolpyruvate carboxylase from Zea mays: com-parison with the C

4-form enzyme. Plant Cell Physiol., 39,

865-873.ECHEVARRA, C.; VAQUERO, I. y GIL, F., 1988. Aportacin al

conocimiento del metabolismo fotosinttico utilizado porcormofitas del Parque Natural de las Marismas del Odiel.Lagascalia, 15 (extra), 509-526.

ECHEVARRA, C.; VIDAL, J.; JIAO, J. y CHOLLET, R., 1990.Reversible light activation of the phosphoenolpyruvate car-boxylase protein-serine kinase in maize leaves. FEBS Lett.,275, 25-28.

ECHEVARRA, C.; PACQUIT, V.; BAKRIM, N.; OSUNA, L.; DELGA-

DO, B.; ARRIO-DUPONT, M. y VIDAL, J., 1994. The effect ofpH on the covalent and metabolic control of C4phosphoe-

nolpryruvate carboxylase from Sorghumleaf. Arch. Biochem.Biophys., 315(2), 425-430.

ECHEVARRA, C.; GARCA-MAURIO, S.; LVAREZ, R.; SOLER, A.y VIDAL, J., 2001. Salt stress increases the Ca2+-independentphosphoenolpyruvate carboxylase kinase activity in Sorghumplants.Planta.214, 283-287.

ECHEVARRA, C. y VIDAL, J., 2003. The unique phosphoenolpy-ruvate carboxylase kinase. Plant Physiol. Biochem.41, 541-547.

ECHEVARRA, C.; FERIA, A.B.; MONREAL, J.A.; JIMNEZ, E.T.;LVAREZ, R. y GARCA-MAURIO, S., 2004. Regulacintranscripcional y posttraduccional de la fosfoenolpiru-

vato carboxilasa (PEPC) y la fosfoenolpiruvato carbo-xilasa quinasa (PEPCK) por factores abiticos, estrs y hor-monas. En Metabolismo y modo de accin de fitohormonas.Ediciones Universidad de Salamanca, 211-229. Salamanca(Espaa).

FERIA, A.B.; LVAREZ, R.; COCHEREAU, L.; VIDAL, J.; GARCA-MAURIO, S. y ECHEVARRA, C., 2008. Regulation of phos-phoenolpyruvate carboxylase phosphorylation by metabolitesand ABA during the development and germination of Barleyseed. Plant Physiology, 148, 761-774.

FONTAINE, V.; HARTWEL, G.; JENKINS, H.G. y NIMMO, H.G.,2002. Arabidopsis thaliana contains two phosphoenolpyru-vate carboxylase kinase genes with different expression pat-tern. Plant Cell Environ., 25, 115-122.

FUKAYAMA, H.; TAMAY, T.; TANIGUCHI, Y.; SULLIVAN, S.; MI-YAO, M. y NIMMO, H.G., 2006. Characterization andfunctional analysis of phosphoenolpyruvate carboxylase kina-se genes in rice. Plant J.,47, 258-268.

GARCA-MAURIO, S.; MONREAL, J.A.; LVAREZ, R.; VIDAL, J. yECHEVARRA, C., 2003. Characterization of a salt stress-enhanced phosphoenolpyruvate carboxylase kinase activity inleaves of Sorghum vulgare: independence of osmotic stress,involvement of ion toxycity and significance of dark phos-phorylation, Planta. 216, 648-655.

GONZLEZ, M.C.; OSUNA, L.; ECHEVARRA, C.; VIDAL, J. yCEJUDO, F.J., 1997. Expression and localization of phos-phoenolpyruvate carboxylase in developing and germinatingwheat grains. Plant Physiol., 116, 1249-1258.

GOUSSET-DUPONT, A.; LEBOUTEILLER, B.; MONREAL, J.A.;ECHEVARRA, C.; PIERRE, J.N.; HODGES, M. y VIDAL, J.,2005. Metabolite and post-translational control of phos-phoenolpyruvate carboxylase from leaves and mesophyll cellprotoplasts of Arabidopsis thaliana. Plant Sci., 169, 096-1101.

GIGLIOLI-GUIVARCH, N.; PIERRE, J.N.; BROWN, S.; CHOLLET,R.; VIDAL, J. y GADAL, P., 1996. The light-dependenttransduction pathway controlling the regulatory phos-phorylation of C

4 phosphoenolpyruvate carboxylase in pro-

toplasts from Digitaria sanguinalis. The Plant Cell., 8, 573-586.

HARTWELL, J.; GILL, A.; NIMMO, G.A.; WILKINS, M.B.; JEN-KINS, G.I. y NIMMO, H.G., 1999. Phosphoenolpyruvatecarboxylase kinase is a novel protein kinase regulated at thelevel of expression. Plant J., 20, 333-342.


12/13

96


HASEGAWA, P.M.; BRESSAN, R.A.; ZHU, J.K. y BOHNERT, H.,2000. Plant cellular and Molecular Responses to HighSalinity. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol.,51, 463-99.

HATCH, M.D., y SLACK, C.R., 1970. Photosinthetic CO2

fixation pathway.Ann. Rev. Plant Physiol., 21, 141-162.HRABAK, E.M.; CHAN, C.W.; GRIBSKOV, M.; HARPER, J.F.;CHOI, J.H.; HALFORD, N.; KUDLA, J.; LUAN, S.; NIMMO,H.G.; SUSSMAN, M.R.; THOMAS, M.; WALKER-SIMMONS, K.;ZHU, J.K. y HARMON, A.C., 2003. The Arabidopsis CDPK-SnRK superfamily of protein kinases. Plant Physiol., 132,666-680.

IZUI, K.; MATSUMURA, H.; FURUMOTO, T. y KAI, Y., 2004.Phosphoenolpyruvate carboxylase: A new Era of StructuralBiology. Annu. Rev. Plant Physiol., 55, 69-84.

JIAO, J.A.; ECHEVARRA, C.; VIDAL, J. y CHOLLET, R., 1991.Protein turnover as a component in the light/dark regulationof phosphoenolpyruvate carboxylase protein-serine kinase ac-tivity in C

4plants. Proc. Natl. Acad. Sci., 88, 2712-2715.

LI, B.; ZHANG, X.Q. y CHOLLET, R., 1996. Phosphoenolpyru-vate carboxylase kinase in tobacco leaves is activated by lightin a similar but not identical way as in maize. Plant Physiol.,111, 497-505.

LTTGE, U., 2004. Ecophysiology of Crassulacean Acid Meta-bolism (CAM).Annals of Botany93, 629-652.

MARSH, J.T.; SULLIVAN, S.; HARTWELL, J. y NIMMO, H.G.,2003. Structure and expression of phosphoenolpyruvatecarboxylase kinase genes in solanaceae. A novel gene exhibitsalternative splicing. Plant Physiol., 133, 2021-2028.

MATSUMURA, H.; XIE, Y.; SHIRAKATA, S.; INOUE, T.; YOSHINA-GA, T.; UENO, Y.; IZUI, K. y KAY, Y., 2002. Crystal structuresof C

4 form maize and quaternary complex of E. coli phos-

phoenolpyruvate carboxylase. Structure, 10, 1721-1730.

MONREAL, J.A.; FERIA, A.B.; VIDAL, J.; ECHEVARRA, C. yGARCA-MAURIO, S., 2007a. ABA modulates the degrada-tion of PEPC-kinase in sorghum leaves. FEBB setter, (enprensa).

MONREAL, J.A.; LPEZ-BAENA, F.J.; VIDAL, J.; ECHEVARRA, C.y GARCA-MAURIO, S., 2007b. Effect of Li on phosphoe-nolpyruvate carboxylase kinase and the phosphorylation ofphosphoenolpyruvate carboxylase in leaf disks and leaves ofSorghum vulgare.Planta, DOI 101007/s00425-006-0391-0.

NIMMO, H.G., 2000. The regulation of PEPC in CAMplants. Trends in Plants Sci., 5, 75-80.

2003. Control of phosphorylation of phosphoenolpyruvatecarboxylase in higher plants. Arch. Biochem. Biophys.,414,189-196.

OSUNA, L.; GONZLEZ, M.C.; CEJUDO, J.; VIDAL, J.; ECHEVA-RRA, C., 1996. In vivo and in vitro phosphorylation of thephosphoenolpyruvate carboxylase from wheat seeds duringgermination. Plant Physiol.111, 551-558.

OSUNA, L.; PIERRE, J.N.; GONZLEZ, M.C.; LVAREZ, R.;CEJUDO, F.J. y ECHEVARRA, C., 1999. Evidence for a slow-turnover form of the, calcio-independent phosphoenolpyru-vate carboxylase kinase in the aleurone.endosperme of germi-nating barley seeds. Plant Physiol., 119, 511-520.

OSUNA, L.; COURSOL, S.; PIERRE, J.N. y VIDAL, J., 2004. ACa2+-dependent protein kinase with characteristics of proteinkinase C in leaves and mesophyll cell protoplasts fromDigitaria sanguinalis: possible involvement in the C

4-phos-

phoenolpyruvate carboxylase phosphorylation cascade. Bio-chem. Biophys. Res. Commun.,314, 428-433.

PACQUIT, V.; SANTI, S.; CRETIN, C.; BUI, V.L.; VIDAL, J. y

GADAL, P., 1993. Production and properties of recombinantC

3-type phosphoenolpyruvate carboxylase from Sorghum vul-

gare: in vitrophosphorylation by leaf and root PyrPC proteinserine kinases. Biochem. Biophys. Res. Commun., 197, 1415-1423.

PIERRE, J.N.; PRIETO, J.L.; GADAL, P. y VIDAL, J., 2004. In situc(4) phosphoenolpyruvate carboxylase activity and kineticproperties in isolated digitaria sanguinalis mesophyll cells.Photosynthesis Res, 79(3), 349-55.

POPOVA, L.P.; STOINOVA, Z.G. y MASLENKOVA, L.T., 1995.Involvement of abscisic acid in photosynthetic process inHordeum vulgare L. during salinity stress. J. Plant GrowthRegul., 14(4), 211-218.

SNCHEZ, R. y CEJUDO, F.J., 2003. Identification and analysisof a gene encoding a bacterial-type phosphoenolpyruvetecarboxylase from Arabidopsis and rice. Plant Physiol., 132,949-957.

SAZE, H.; UENO, T.; HISABORI, H.; HAYASHI, H. y IZUI, K.,2001. Thioredoxin-mediated reductive action of a protein

kinase for the regulatory phosphorylation of C4-form phos-phoenolpyruvate carboxylase from maize. Plant Cell Physiol.,42, 1295-1302.

SHEEN, J., 1999. C4gene expression.Ann. Rev. Plant Physiol.

Plant Mol. Bio., 50, 187-217.SHENTON, M.; FONTAINE, V.; HARTWELL, J.; MARSH, J.T.;

JENKINS, G.I. y NIMMO, H.G., 2006. Distinct patterns ofcontrol and expression amongst members of PEP caboxylasekinase gene family in C

4plants. The Plant Journal, 48, 45-

53.SMITH, L.H.; LILLO, C.; NIMMO, H.G. y WILKINS, M.B., 1996.

Light regulation of phosphoenolpyruvate carboxylase in bar-ley mesophyll protoplasts is modulated by protein synthesisand calcium, and not necessarily correlated with phosphoe-

nolpyruvate carboxylase kinase activity. Planta 200, 174-180.SMITH, J.A.C. y WINTER, K., 1996. Taxonomic distribution of

crassulacean acid metabolism. En WINTER, K.; SMITH,J.A.C. Crassulacean Acid Metabolism: Biochemistry, Ecophysio-logy and Evolution. Editado por Springer-Verlag, Berlin, 114,427-436.

SOUSSI, M.; OCAA, A. y LLUCH, C., 1998. Effects of salt stresson growth, photosynthesis and nitrogen fixation in chick pea(Cicer arietinumL.).J. Exp. Botany., 49(325), 1329-1337.

SULLIVAN, S.; JENKINS, G.I. y NIMMO, H.G. 2004. Roots,cycles and leaves. Expression of the phosphoenolpyruvatecarboxylase kinase gene family in soybean. Plant Physiol.,135, 2078-2087.

SULLIVAN, S.; SHENTON, M. y NIMMO, H.G. 2005. Organspecificity in the circadian control of plant gene expression.Biochem. Soc. Trans. 33, 943-944.

TAYBI, T. y CUSHMAN, J.C., 1999. Signaling events leading tocrassulacean acid metabolism induction in the common iceplant. Plant Physiol., 121, 545-556.

2002. Abscisic acid signalling and protein synthesis require-ments for phosphoenolpyruvate carboxylase transcript induc-tion in the common ice plant. J. Plant Physiol.,159, 1235-1243.

TAYBI, T.; NIMMO, H.G. y BORLAND, A.M., 2004. Expressionof phosphoenolpyruvate carboxylase and phosphoenolpyruva-te carboxylase kinase genes. Implications for genotypic capa-city and phenotypic plasticity in the expression of crassula-cean acid metabolism. Plant Physiol., 135, 587-598.

TSUCHIDA, Y.; FURUMOTO, T.; IZUMIDA, A.; HATA, S. y IZUI, K.,


13/13

97


2001. Phosphoenolpyruvate carboxylase kinase involved inC

4photosynthesis in Flaveria trinervia: cDNA cloning and

characterization. FEBS Lett.,507, 318-322.VIDAL, J. y CHOLLET, R., 1997. Regulatory phosphorylation of

C4PEP carboxylase. Trend Plant Sci.2, 230-237.

XU, W.; ZHOU, Y. y CHOLLET, R., 2003. Identification andexpression of a soybean nodule-enhanced PEP-carboxylase

kinase gene (NE-PpcK) that shows striking up-/down-regula-tion in vivo. Plant J.34, 441-452.

XU, W.; SATO, S.J.; CLEMENTE, T.E. y CHOLLET, R. 2007. ThePEP-carboxylase kinase gene family in Glicine max (Gm-PpcK1-4): an in-depth molecular analisis with nodulated,

non-transgenic and transgenic plants. Plant J., DOI:10.1111/j.1365-313X.2006.03006.x.

La Fosfoenolpiruvato Carboxilasa en C4 y MAC

Documents

Transcript of La Fosfoenolpiruvato Carboxilasa en C4 y MAC