No verão, as plantas enfrentam múltiplas pressões, como altas temperaturas, luz intensa, seca (estresse hídrico) e estresse oxidativo. A betaína, como importante regulador osmótico e soluto compatível protetor, desempenha um papel crucial na resistência das plantas a esses estresses de verão. Suas principais funções incluem:

1. Regulação da permeação:
Manter a pressão de turgor celular:

Altas temperaturas e secas fazem com que as plantas percam água, levando a um aumento no potencial osmótico do citoplasma (tornando-o mais denso), o que facilmente causa desidratação e murchamento das células devido à presença de vacúolos ou paredes celulares com maior capacidade de absorção de água. A betaína se acumula em grandes quantidades no citoplasma, reduzindo efetivamente o potencial osmótico do citoplasma, ajudando as células a manterem uma alta pressão de turgor, resistindo assim à desidratação e preservando a integridade da estrutura e função celular.

Pressão osmótica vacuolar equilibrada:

Uma grande quantidade de íons inorgânicos (como K⁺, Cl⁻, etc.) se acumula no vacúolo para manter a pressão osmótica. A betaína existe principalmente no citoplasma, e seu acúmulo ajuda a equilibrar a diferença de pressão osmótica entre o citoplasma e os vacúolos, prevenindo danos ao citoplasma devido à desidratação excessiva.

2. Proteção de biomoléculas:
Estrutura estável da proteína:

Altas temperaturas podem facilmente causar a desnaturação e inativação de proteínas. As moléculas de betaína possuem cargas positivas e negativas (zwitteriônicas) e podem estabilizar a conformação natural das proteínas por meio de ligações de hidrogênio e hidratação, prevenindo o enovelamento incorreto, a agregação ou a desnaturação em altas temperaturas. Isso é crucial para a manutenção da atividade enzimática, de proteínas-chave na fotossíntese e das funções de outras proteínas metabólicas.

Sistema de película protetora:

Altas temperaturas e espécies reativas de oxigênio podem danificar a estrutura da bicamada lipídica das membranas celulares (como as membranas tilacoides e as membranas plasmáticas), levando a alterações na fluidez da membrana, vazamentos e até mesmo sua desintegração. A betaína pode estabilizar a estrutura da membrana, manter sua fluidez normal e permeabilidade seletiva, e proteger a integridade dos órgãos e organelas fotossintéticos.

3. Proteção antioxidante:
Manter o equilíbrio osmótico e reduzir os danos secundários causados ​​pelo estresse.

Estabilizam a estrutura e a atividade de enzimas antioxidantes (como superóxido dismutase, catalase, ascorbato peroxidase, etc.), aumentam a eficiência do próprio sistema de defesa antioxidante da planta e ajudam indiretamente a eliminar espécies reativas de oxigênio.
Remoção indireta de espécies reativas de oxigênio:

A forte luz solar e as altas temperaturas do verão podem induzir a produção de grandes quantidades de espécies reativas de oxigênio nas plantas, causando danos oxidativos. Embora a betaína em si não seja um forte antioxidante, ela pode ser obtida através de:

4. Protegendo a fotossíntese:
Altas temperaturas e forte estresse luminoso causam danos significativos ao mecanismo central da fotossíntese, o fotossistema II. A betaína pode proteger a membrana tilacoide, manter a estabilidade do complexo do fotossistema II, garantir o bom funcionamento da cadeia de transporte de elétrons e atenuar a fotoinibição da fotossíntese.

5. Como doador de metila:

A betaína é um dos importantes doadores de metil em organismos vivos, estando envolvida no ciclo da metionina. Em condições de estresse, ela pode participar da síntese ou da regulação metabólica de algumas substâncias responsivas ao estresse, fornecendo grupos metil.

Em resumo, durante o verão escaldante, a principal função da betaína nas plantas é:

Retenção de água e resistência à seca:Combate à desidratação através da regulação osmótica.
Proteção contra resistência ao calor:Protege proteínas, enzimas e membranas celulares contra danos causados ​​por altas temperaturas.

Resistência à oxidação:Aumenta a capacidade antioxidante e reduz os danos fotooxidativos.
Manter a fotossíntese:Protegem os órgãos fotossintéticos e mantêm o suprimento básico de energia.

Portanto, quando as plantas percebem sinais de estresse, como altas temperaturas e seca, elas ativam a via de síntese da betaína (principalmente por meio da oxidação em duas etapas da colina nos cloroplastos), acumulando ativamente betaína para aumentar sua resistência ao estresse e melhorar sua capacidade de sobrevivência em ambientes de verão rigorosos. Algumas culturas tolerantes à seca e à salinidade (como a própria beterraba sacarina, o espinafre, o trigo, a cevada, etc.) têm uma forte capacidade de acumular betaína.

Na produção agrícola, a pulverização exógena de betaína também é utilizada como bioestimulante para aumentar a resistência de culturas (como milho, tomate, pimenta, etc.) ao estresse hídrico e às altas temperaturas do verão.