A maioria dos frutos são constituídos de células parenquimáticas, apresentando parede celular primária (não lignificada). Tipicamente, a parede celular de frutos é formada de celulose (15–40% MF), hemicelulose (20–30% MF), pectina (30–50% MF) e proteínas arabinogalactanas (PRAASNNA et al., 2007; RUIZ-MAY; ROSE, 2013). A celulose é constituída por homopolissacarídeos de unidades de glicose unidas por ligações β-(1→4), que se associam durante a síntese para formar microfibrilas. As hemiceluloses representam um grupo estruturalmente diverso de hetepolissacarídeos, incluindo xiloglicanos, xilanos, mananas e glicomanas, que se intrelaçam e formam ligações cruzadas com as microfibrilas (RUIZ-MAY; ROSE, 2013).
A pectina constitui uma matriz (gel) altamente hidratada que envolve a estrututura celulose/hemicelulose, bem como preenche a lamela média. Existem pelo menos duas classes de pectinas: homogalacturonana formada por um homopolissacarídeo de unidades do ácido D- galacturônico (GalA) unidas por ligações α-(1→4) ou ramnogalacturonana tipo I, um heteropolissacarídeo consitituído por um esqueleto de unidades alternadas de ácido D- galacturônico e ramnose. A ramnose pode apresentar grupos substituídos com cadeias lineares ou ramificadas de arabinose (arabinanas), galactose (galactanas), ou de ambas (arabinogalactanas) (PRAASNNA et al., 2007), enquanto as unidades de ácido D-
galacturônico são altamente acetilados e metilados. As proteínas arabinogalactanas apresentam majoritariamente arabinogalactanas e um pequeno núcleo formado de proteína (RUIZ-MAY; ROSE, 2013). Recentemente, a determinação da estrutura da pectina de acerola revelou ser constituída por um polímero de homogalacturonana linear altamente metoxilado (86% dos resíduos) e ramnogalacturonana do tipo I apresentando estruturas de arabinana, arabinose unidas por ligações α-(1→5) e ramificadas, e arabinogalactana em menor quantidade (KLOSTERHOFF et al., 2018).
O amadurecimento de frutos carnudos e climatéricos reflete em alterações dramáticas na textura, sendo um dos eventos mais marcantes durante este processo, de forma que, a taxa de amaciamento dos frutos determina não apenas a vida de prateleira pós-colheita, mas também outros aspectos economicamente importantes, como a freqüência de colheita, os procedimentos de manejo e a distância que os frutos podem ser transportados (PANIAGUA et
al., 2014). Desse modo, a manutenção e/ou o controle da firmeza dos frutos constituem um
fator determinante para a sua qualidade, por isso tem sido um tópico central de estudos no campo da biologia de frutos.
De acordo com o grau de perda de firmeza durante o amadurecimento, os frutos carnudos são classificados em duas categorias: aqueles que reduzem drasticamente a firmeza ao amadurecer e adquirem uma textura mole e frágil, que geralmente resulta em vida pós- colheita curta (acerola, damasco, morango, pêssego e tomate); e aqueles que sofrem perdas moderadas na firmeza à medida que amadurecem, de modo a manter maior firmeza, a qual reflete positivamente em períodos de armazenamento mais longos (maçã, melancia, melão e pêra) (PRAASNNA et al., 2007; PANIAGUA et al., 2014).
Durante o amadurecimento, a parede celular de células parenquimáticas tem a estrutura da celulose, hemicelulose e principalmente da pectina amplamente alteradas. Além disso, a adesão celular é significativamente reduzida, devido a solubilização da pectina presente na lamela média, resultando no afrouxamento da interação célula/célula. Outras modificaçoes incluem alterações na pressão de turgor e na cutícula dos frutos. As modificações da parede celular e da lamela média resultam da ação de diversas proteínas/enzimas com atividade hidrolítica da hemicelulose, celulose e da pectina (RUIZ- MAY; ROSE, 2013). Embora desprovida de função catalítica, as expansinas (EXP) promovem o afrouxamento da parede celular, possivemente através da quebra das ligações de hidrogênio entre a celulose e hemicelulose, expondo assim a pectina para à degradação enzimática (WANG et al., 2018). Recentemente, Minoia et al. (2016) demonstraram que
mutantes de tomateiro sem função da proteína SlEXP1 aumentaram a firmeza e prolongaram o tempo de amadurecimento dos frutos.
Uma vez que os polímeros de pectinas estão accesíveis, estes são desmetilados e desacetilados possibilitando a ação das hidrolases (RUIZ-MAY; ROSE, 2013). A pectina metilesterase (PME) são enzimas que removem grupos metóxila da pectina. Cerca de 90% dos resíduos de GalA são metoxilados em frutos verdes de tomate. Porém observou-se redução para cerca de 35% em fruto maduro (KOCH; NEVINS, 1989), revelando que o aumento de atividade da PME é considerada um importante pré-requisito para a atividade da poligalacturonase (PG) e da pectato liase (PL) (KOCH; NEVINS, 1989; PRAASNNA et al., 2007). Ambas PG e PL apresentam isoformas de atividade endo ou exo hidrolase, que realizam a quebra das ligações α-(1→4) de homogalacturonana, liberando unidades do ácido D-galacturônico. A expressão do gene da poligalacturonase SlPG2a pode contribuir com quase 1% dos transcritos totais de mRNA de tomate maduro (DELLAPENNA et al., 1986), fazendo dessa família multigênica o principal alvo de estudo. Mesmo assim, a supressão de
PG em tomate para 1% da sua atividade total não causou redução significativa na perda de
firmeza (BRUMMELL; LABAVITCH, 1997), indicando ser insuficiente para retardar/controlar o processo. Em contrapartida, o silenciamento dos genes FaPL e FaPG de morango (JIMÉNEZ-BERMÚDEZ et al., 2002; QUESADA et al., 2009) revelou ser crucial para o retardo da perda de firmeza do fruto. Posteriormente, o silenciamento de um gene codifcando uma SlPL (ULUISIK et al., 2016) revelou ser o de maior contribuição para o processo de amaciamento, descrito até o momento em tomate.
Xiloglicanos constituem a hemicelulose mais predominante e sua depolimerização é também uma característica marcante do amadurecimento de frutos. As enzimas xiloglicanos endotransglucosilase/hidrolases (XTH/XET) atuam como uma transglicosilase de natureza bifuncional: (1) a atividade de XET é caracterizada pela clivagem endolítica da cadeia do xiloglucano e pela transferência da recém-criada extremidade redutora da cadeia do doador para um xiloglicano aceptor, de extremidade não redutora, possibilitando o afrouxamento temporário da parede celular; (2) a atividade de XTH caracteriza-se pela hidrólise de polímeros xiloglucanos (ZHANG et al., 2017; ATKINSON et al., 2009). As XTH/XETs são codificadas por uma família multigênica representada por 25 membros no tomate e 33 em Arabidopsis, exibindo isoformas com atividade predominante de hidrolase ou transglicosilase
Em maçã, o aumento da expressão temporal de genes XTH/XET específicos, nos estádios inicial (não ativado pelo etileno) e tardio do amadurecimento (ativado pelo etileno), bem como a superexpressão de MdXTH2 e MdXTH10 em tomate, mostraram ser fundamentais para a ativação de outros genes envolvidos na degradação da parede celular (MUÑOZ-BERTOMEU et al., 2013; ZHANG et al., 2017). Atkinson et al. (2009) confirmaram, via proteína recombinante, que os transcritos XTH/XET mais abundantes em frutos maduros de maçã e kiwi, possuiam atividade de endotransglucosilase de xiloglucanos, sugerindo que a desmontagem desse polímero através dessas enzimas promove o afrouxamento da parede celular para posterior modificação por outras enzimas.
Existem poucos estudos a respeito da depolimerização de celulose durante o amadurecimento de frutos. A celulase é um sistema multienzimático composto por várias enzimas, (endo-glicanases, exo-glicanases e glicosidases). A endoglicanase hidrolisa a ligação β-1,4 entre resíduos de glicose adjacentes e em posições aleatórias. Exo-glicanase atua nas extremidades não redutoras da cadeia, produzindo glicose ou celobiose (dímeros de glicose ligada a β-(1→4), enquanto a β-glicosidase converte a celobiose em moléculas de glicose (PRAASNNA et al., 2007). A atividade aumentada, normal ou ausente da celulase durante o amadurecimento de frutos tem sido sumarizada (PRAASNNA et al., 2007; RUIZ-MAY; ROSE, 2013).