Radiações

1. Radiações Espectro eletromagnético Efeito da radiação nos microrganismos Extremófilos. Aplicações

2. Radiação solar 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.

3. Transformações energéticas na Biosfera Energia luminosa de alta qualidade é captada pelo mundo vivo e convenientemente transformada em sucessivas operações metabólicas.

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

5. 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 visível 1. 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.

6. 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.

7. Reações LUMINOSAS energia da luz é convertida em energia química Quando 1 fóton de luz é absorvido a molécula fica energizada Reações de “ESCURO” energia química é usada para reduzir CO2 em constituintes celulares

8. Pigmentos

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

11. Clorofila e ficobilinas absorvem entre o azul e o vermelho 400-700 nm Bactérias oxigênicas e algas Bacterioclorofilas absorvem também no infra-vermelho de 700 a 1000 nm (ondas de calor) Podem operar no escuro Bactérias anoxigênicas Espectros de absorção de pigmentos em vários grupos de microrganismos

12. Absorvem no azul e vermelho FOTOSSÍNTESE CIANOBACTÉRIAS e ALGAS aeróbias Habitat - superfície das águas FOTOSSÍNTESE BACTERIANA anaeróbia Habitat - águas profundas, superfície do lodo Complementaridade Absorvem também no infravermelho

13. Funções dos pigmentos • Absorção primária para fotossíntese • Agentes de foto-proteção • carotenóides absorvem luz com efeito deletério • Resposta fototática • Coloração é importante no reconhecimento • Morfogênese e resposta sexual

14. Clorofilas a e bcianobactérias e algas - fotossíntese oxigênica • Dispõem de clorofila a e b (cor verde) • Espectro de absorção é diferente e se complementam aumentando a faixa no espetro • 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.

15. 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-

16. CIANOBACTÉRIAS Fotofosforilação acíclica

17. 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

18. Chloroflexus é o gêneromaisrepresentativo das bactériasverdesnãosulfurosas: Presenteemmeiosalcalinos e águastermais Em geral Chloroflexus é photoeterotrófica, mas algumas espécies crescem autotroficamente com hidrogênio ou sulfeto como doador de elétrons. Bactériaspúrpuras e verdesnão-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

19. Rhodopseudomonasé 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 Rhodopseudomonaspalustris

21. Aspectos deletérios das radiações Radiação ionizante ( raios X e γ < 200 nm) Radiação não ionizante (raios UV 200 - 400 nm)

22. Efeitos da radiação 1. Ionizante – poderpenetrantequequebra o DNA pelaformação de íonsreativos, quecausammutação e morte. • Usadosparaesterilizarequipamentosmédicos e produtosalimentícios 2. Nãoionizante– poucopoderpenetrante, usadoparaesterilizar o ar, água e superficies sólidas • UV produzdímeros de timina e pirimidinaque interfere nareplicação.

23. Mecanismos de reparo • Quebra do DNA por radiação ionizante excisão dos nucleotídeos • DNA danificado por radiação não ionizante: • FOTOREATIVAÇÃO: dímeros separam na presença da luz • REATIVAÇÃO no “escuro”: • dímeros são excluídos e substituídos.

24. Radiação visível - Luz visível Em elevadas intensidades gera oxigênio na forma (1O2 ) PODEROSO AGENTE OXIDANTE - Pigmentos carotenóides Protegem muitos microrganismos da fotoxidação

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

26. “Conan”, a bactéria http://science.nasa.gov/NEWHOME/headlines/ast14dec99_1.htm Tétrades Deinococcus radiodurans Presença de carotenóides

27. 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.

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

30. 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.