Efeito do alumínio sobre a respiração radicular e mitocondrial em dois cultivares de milho | Aluminum effect on the root and mitochondrial respiration in two corn cultivars

Neste trabalho foram estudados os efeitos do Al sobre alguns aspectos da respiração e sobre a atividade de algumas enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e do processo fermentativo, em dois cultivares de milho, um sensível (AG 122) e outro tolerante (AG 5011) ao Al. As plântulas dos dois cultivares, cultivadas em solução nutritiva, pH 4,0, durante 3 dias, foram tratadas com Al (0 e 185 μM) durante 0, 12, 24, 48 e 72 h. Determinaram-se, então, o crescimento radicular, o teor de Al, a taxa respiratória e a atividade da rota citocromo e da rota alternativa em ápices radiculares. Em mitocôndrias, isoladas de plântulas tratadas ou não com Al, durante 72 h, determinaram-se o consumo de oxigênio nos estados 3 e 4, a relação ADP/O e o coeficiente de controle respiratório, na presença ou não de Al adicionado ao meio de reação. Em mitocôndrias isoladas de plântulas crescidas na ausência de Al determinou-se, também, o efeito do Al sobre a atividade de algumas enzimas ligadas à cadeia transportadora de elétrons, ao ciclo dos ácidos tricarboxílicos e ao processo fermentativo. O tratamento com Al resultou em redução do crescimento radicular nos dois cultivares, principalmente no cultivar sensível, tendo a diferença entre eles aumentada com o tempo de exposição a este elemento. O Al acumulou-se, predominantemente, no sistema radicular, mas os cultivares não diferiram entre si. A respiração total nos ápices radiculares destacados foi severamente reduzida na presença de Al e sua intensidade aumentou com o tempo de exposição das plantas, tendo o cultivar sensível sido, em geral, mais afetado. A atividade da rota citocromo nos ápices radiculares decresceu na presença de Al nos dois cultivares, especialmente no cultivar sensível. A atividade da rota alternativa decresceu, também, na presença de Al, mas apenas no cultivar sensível. O Al, de maneira geral, inibiu a respiração no estado 3 e o coeficiente de controle respiratório nas mitocôndrias isoladas de plântulas crescidas na presença de Al, tendo sido o cultivar sensível, em geral, mais afetado. O Al, aplicado apenas no meio de reação, praticamente não teve efeito significativo sobre a atividade mitocondrial. A única exceção ocorreu quando se utilizou o L-malato como substrato. Neste caso, na presença de Al, observou-se redução na atividade respiratória durante o estado 3 e da rota citocromo nos dois cultivares. Todas as variáveis de respiração analisadas, na presença de Al, foram mais elevadas no cultivar tolerante, exceto a relação ADP/O. As plântulas dos dois cultivares, crescidas na presença de Al, apresentaram as atividades das enzimas NADH e da succinato citocromo c oxidoredutase inibidas pelo Al. Sob esta condição, o cultivar tolerante apresentou maior atividade da NADH citocromo c oxidoredutase, mas não se observou diferença estatística entre os cultivares quanto à succinato citocromo c oxidoredutase. De modo geral, a absorção de fosfato por mitocôndrias, isoladas de plântulas crescidas na presença de Al ou naquelas preparações em que o Al foi adicionado apenas ao meio de reação, decresceu na presença de Al. A velocidade de inchamento mitocondrial reduziu com o aumento da concentração do Al no meio de reação, mas os dois cultivares não diferiram entre si. A atividade da desidrogenase do malato no extrato enzimático bruto decresceu na presença do Al, nos dois cultivares. Quando o Al foi adicionado apenas no meio de reação, a atividade da isoforma mitocondrial, contudo, não foi significativamente alterada nos dois cultivares. A atividade da fumarase aumentou na presença de Al, mas os cultivares não diferiram entre si. A atividade da desidrogenase alcoólica decresceu fortemente na presença de Al e o cultivar tolerante, independentemente da presença de Al, apresentou maior atividade do que o cultivar sensível.

The effects of Al on some aspects of the respiratory metabolism and on the activity of some enzymes of the tricarboxylic acid cycle and of the fermentative process in two corn cultivars, one Al-sensitive (AG 122) and other Al-tolerant (AG 5011) were studied. Seedlings of the two cultivars, grown in nutrient solution, pH 4,0, for 3 days, were exposed to Al (0 and 185 μM) for 12, 24, 48 and 72 h and the root growth, the Al content, the respiratory rate and the activities of the cytochrome and of the alternative pathway were determined in root apices. In isolated mitochondria of previously Al treated seedlings for 72 h, the oxygen uptake in the coupled and uncoupled state, the ADP/O ratio and the respiratory control ratio, in the presence or not of added Al to the reaction medium were determined. In isolated mitochondria from seedlings grown in the absence of Al, the effect of this ion on the activity of some enzymes of the electron transfer chain of the tricarboxylic acid cycle and of the fermentative process was also determined. Aluminum reduced the root growth in both cultivars, mainly in Al-sensitive cultivar, and the difference among them increased with the time of exposition to this ion. Aluminum accumulated, predominantly in the root system, but there was no statistical difference between cultivars. The total respiration in the root apices was severely reduced in the presence of Al and the reduction intensity increased with the time of exposition to Al and, generally, the Al-sensitive cultivar was more affected. The activity of the cytochrome pathway in the root apices decreased in the presence of Al in both cultivars, especially in Al-sensitive cultivar. The activity of the alternative pathway also decreased in the presence of Al, but only in the Al- sensitive cultivar. Generally, Al reduced the respiration rate in the coupled state and the respiratory control ratio in isolated mitochondria of seedlings grown in the presence of Al. The Al-sensitive cultivar, most of the time, was more affected than the Al-tolerant one. When added only to the reaction medium, Al practically did not have significant effect on the mitochondrial activity. The only exception occurred when the L-malate was used as substrate. In this case, it was observed a reduction on the respiration rate during the coupled state and on the activity of cytochrome pathway in both cultivars. In the presence of Al, all studied respiratory variables were higher in Al-tolerant cultivar, except the ADP/O ratio. When the seedlings were grown in the presence of Al, the activities of both NADH and succinate cytochrome c oxidoreductase were inhibited by Al. Under this condition, the Al-tolerant cultivar exhibited larger NADH cytochrome c oxidoreductase activity, but no statistical difference between cultivars was found with respect to succinate cytochrome c oxidoreductase activity. In general, the phosphate uptake by isolated mitochondria from seedlings previously treated with Al or just added to the reaction medium was reduced by Al. The mitochondrial swelling velocity reduced with the increase of Al concentration in the reaction medium, but the two cultivars did not show statistical difference. The malate dehydrogenase activity in the crude enzyme extract decreased in the presence of Al in both cultivars. The activity of the mitochondrial malate dehydrogenase isoform, however, in which Al was only added to the reaction medium, was not affected in both cultivars. The fumarase activity increased in the presence of Al, but there was no difference between cultivars. The alcoholic dehydrogenase activity was strongly reduced in presence of Al and the Al-tolerant cultivar, independent of the presence of Al, exhibited larger enzyme activity than the Al- sensitive cultivar.

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