Radiações

Espectro eletromagnético Efeito da radiação nos microrganismos Extremófilos. Aplicações

A radiação solar fornece anualmente para a atmosfera 1,5 x 1018 kWh de energia, que suporta a vasta maioria das cadeias tróficas, sendo o sustentáculo da vida na Terra.

Cerca de metade desta energia é recebida como luz visível na parte de frequência mais alta do espectro eletromagnético e o restante na do infravermelho próximo e como radiação ultravioleta.

Radiação solar

Energia luminosa de alta qualidade é captada pelo mundo vivo e convenientemente transformada em sucessivas operações metabólicas.

Transformações energéticas na Biosfera

Espectro eletromagnético

Radiação com comprimento de onda (λ) curto é mais ativa quimicamente e biologicamente.

Radiação

Ionizante (raios X e γ )

1. Elevada energia produz a ionização das moléculas ou radicais livres. 2. Geralmente mutagênica ou letal (bactérias são mais resistentes do que

plantas e animais) 3. Endósporos são resistentes a radiação ionizante.

Não ionizante (raios UV) 1. Comprimento de onda da UV coincide com a absorção máxima do DNA.

2. Pode ser atenuada pela luz visível particularmente na faixa do azul.

Radiação visível1. Intensidade influencia a fotossíntese (alguns microrganismos operam em baixas e outros em elevadas intensidades)

3. A cor da luz é importante e depende do habitat e dos pigmentos fotossintéticos.

Fotossíntese

Processo biossintético em que a energia luminosa é capturada e usada na produção de carboidratos

Os pigmentos absorvem a energia da luz e a conservam em ATP.

Reações LUMINOSAS

energia da luz é convertida em energia química

Reações de “ESCURO”

energia química é usada para reduzir CO2 em constituintes celulares

Quando 1 fóton de luz é absorvido a molécula fica energizada

Pigmentos

Outros pigmentos

Porque existem tantos pigmentos e diferentes faixas de absorção da luz?

Bacterioclorofilas absorvem também no infra-vermelho de 700

a 1000 nm

(ondas de calor)

Podem operar no escuro

Bactérias anoxigênicas

Clorofila e ficobilinas absorvem entre o azul

e o vermelho

400-700 nm

Bactérias oxigênicas e algas

Espectros de absorção de pigmentos em vários grupos de microrganismos

FOTOSSÍNTESE CIANOBACTÉRIAS e ALGAS aeróbias

Habitat - superfície das águas

FOTOSSÍNTESE BACTERIANA anaeróbia

Habitat - águas profundas, superfície do lodo

Absorvem também no infravermelho

Absorvem no azul e vermelho

Complementaridade

Funções dos pigmentos

• Absorção primária para fotossíntese

• Agentes de foto-proteçãocarotenóides absorvem luz com efeito deletério

• Resposta fototática

• Coloração é importante no reconhecimento

• Morfogênese e resposta sexual

1. Dispõem de clorofila a e b (cor verde)

2. Espectro de absorção é diferente e se complementam aumentando a faixa no espetro

3. Existe uma falha no meio do espetro. microrganismos usam outros pigmentos (denominados acessórios) que absorvem comprimentos de onda não absorvidos pela clorofila. São os carotenóides e ficobilinas.

Clorofilas a e bcianobactérias e algas - fotossíntese oxigênica

Cianobactérias Cianobactérias são o maior e mais diverso grupo de bactérias fotossintéticas

Seu sistema fotossintético se assemelha ao dos eucariotos. Tem clorofila a e fotossistemas I e II Usam H2O como doador de elétrons

Crescem a superfície dos mananciais de água Com parede celular de Gram-

CIANOBACTÉRIASFotofosforilação acíclica

Anaeróbias obrigatórias Usam H2S ou S0 como doadores de elétrons Usam comprimentos de onda de luz que permitem

crescer em maiores profundidades.

Bacterioclorofilasbactérias púrpuras e verdes sulfurosas - fotossíntese anoxigênica

Fotofosforilação cíclica

Chloroflexus é o gênero mais representativo das bactérias verdes não sulfurosas:

Presente em meios alcalinos e águas termais

Em geral Chloroflexus é photoeterotrófica, mas algumas espécies crescem autotroficamente com hidrogênio ou sulfeto como doador de elétrons.

Bactérias púrpuras e verdes não-sulfurosas

Têm capacidades fotossintéticas idênticas às das sulfurosas.

A diferença está na falta de capacidade para manipularem compostos de enxofre.

Recorrem a moléculas orgânicas como fonte de redutores para a produção de

NADH.•São aeróbios facultativos.•Enquanto fotossintéticos, ocupam obrigatoriamente nichos ecológicos anaeróbios.

Chloroflexus + cianobactéria

Rhodopseudomonas é outro gênero

representante das bactérias púrpuras não

sulfurosas: Presentes em muitos ambientes marinhos e solos

Tem espécies com potencial para degradar compostos

aromáticos

Pode fixar nitrogênio e realizar todas as classes

metabólicas

Rhodopseudomonas palustris

Aspectos deletérios das radiações

Radiação ionizante ( raios X e γ < 200 nm)

Radiação não ionizante (raios UV 200 - 400 nm)

Efeitos da radiação

1. Ionizante – poder penetrante que quebra o DNA pela formação de íons reativos, que causam mutação e morte.

Usados para esterilizar equipamentos médicos e produtos alimentícios

2. Não ionizante – pouco poder penetrante, usado para esterilizar o ar, água e superficies sólidas

UV produz dímeros de timina e pirimidina que interfere na replicação.

• DNA danificado por radiação não ionizante:

1. FOTOREATIVAÇÃO: dímeros separam na presença da luz

2. REATIVAÇÃO no “escuro”:

dímeros são excluídos e substituídos.

Mecanismos de reparo

• Quebra do DNA por radiação ionizante excisão dos nucleotídeos

Radiação visível

- Luz visível

Em elevadas intensidades gera oxigênio na forma (1O2 )

PODEROSO AGENTE OXIDANTE

- Pigmentos carotenóides

Protegem muitos microrganismos da fotoxidação

Radiação e alimentos (preservação)

Radiação gama usada para esterilizar alimentos, mata insetos, parasitas e impede a frutificação das plantas.

Tétrades

Deinococcus radioduransPresença de carotenóides

“Conan”, a bactéria

http://science.nasa.gov/NEWHOME/headlines/ast14dec99_1.htm

Deinococcus radiodurans

• Bactéria descoberta em 1956 em lata de carne irradiada

• Temperatura ótima de crescimento 30 °C

• Quimiorganotrófica com metabolismo respiratório

• Genoma sequênciado

• Na fase estacionária dispõem de 4 cópias de cromossomos/célula e até 10 cópias na fase exponencial de crescimento

• Extremamente resistente a efeitos letais e mutagênicos da radiação ionizante.

Uso na clonagem de microrganismos com capacidade para remediar locais contaminados com radiação, solventes e metais pesados.

Aplicações

Ex. Gene de Deinococcus que codifica pra a enzima mercúrio redutase foi clonada em E. coli para detoxificar resíduos de mercúrio encontrado em água radiotiva gerada na produção de armas nucleares.

Dessecação e resistência a radiação

Tem-se sugerido que a radioresistencia de D. radiodurans é simplesmente um efeito colateral de um mecanismo para lidar com a dessecação celular prolongada. Um experimento demonstrou que cepas mutantes de D. radiodurans que são altamente suscetíveis a danos causados por radiações ionizantes também são altamente suscetíveis a danos causados por desidratação prolongada.