Radiação

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

2. Fonte principal de energia para maioria dos seres vivos Radiação com curto comprimento de onda (λ) é mais ativa Quimicamente Biologicamente

3. Espectro eletromagnético

4. Radiação Ionizante (raios X e γ ) 1. Elevada energia produz a ionização das moléculas ou radicais livres. 2. Geralmente mutagênica ou letal (a maioria das bactérias é mais resistente do que a maioria das plantas e animais) 3. Endósporos são tipicamente 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. Influenciada pela turbidez do meio. 2. Intensidade influencia a fotossíntese (alguns microrganismos operam em baixas e outros em elevadas intensidades) 3. A qualidade (cor) da luz é importante e depende do habitat e dos pigmentos fotossintéticos

5. Fotossíntese Processo biossintético em que a energia luminosa é capturada e usada na produção de carboidratos Pigmentos absorvem a energia da luz e a conservam em ATP.

6. Reações LUMINOSAS energia da luz é convertida em energia química Reações ESCURO energia química é usada para reduzir CO2 em constituintes celulares

7. Pigmentos Clorofila Certas substâncias químicas (pigmentos) absorvem a luz em comprimentos de onda específicos determinados pela estrutura da molécula Quando 1 fóton de luz é absorvido a molécula fica energizada

8. 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

9. Tipos de pigmentos Clorofilas Fotossíntese Pigmentos microbianos Ficobilinas Absorção de luz e foto-proteção da clorofila Carotenóides Ficobilinas - cianobactérias e algas - faixa do vermelho ou azul

10. Clorofila e ficobilinas absorvem entre o azul e o vermelho 400-700 nm Bactérias oxigênicas Bacterioclorofilas absorvem principalmente no infra-vermelho Bactérias anoxigênicas

11. Absorvem no azul e vermelho FOTOSSÍNTESE CIANOBACTÉRIAS e ALGAS aeróbia Habitat - superfície das águas FOTOSSÍNTESE BACTERIANA anaeróbia Habitat - águas profundas, superfície do lodo Complementaridade entre bactérias e algas Absorvem no vermelho e infravermelho

12. 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. Organismos usam outros pigmentos (denominados acessórios) que absorvem comprimentos de onda não absorvidos pela clorofila. São os carotenóides e ficobilinas

13. Cianobactérias Cianobactérias são o maior e mais diverso grupo de bactérias fotossintéticas A 1ª edição do Bergey's Manual descreve 34 gêneros São procariotos mas seu sistema fotossintético se assemelha ao dos eucariontes. 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-

14. CIANOBACTÉRIAS Fotofosforilação acíclica

15. Anaeróbias obrigatórias Usam doadores de elétrons reduzidos (H2S) Usam comprimentos de onda de luz que permite crescer em maiores profundidades. Bacterioclorofilabactérias púrpuras e verdes sulfurosas - fotossíntese anoxigênica Fotofosforilação cíclica

16. As bactériasverdesnãosulfurosas Tem membrosfotossintetizantes e nãofotossintetizantes. Chloroflexus é o gêneromaisrepresentativo: Geralmentepresenteemmeiosalcalinos e águastermais Em geral Chloroflexus é photoeterotrófica, mas algumas espécies crescem autotroficamente com hidrogênio ou sulfeto como doador de elétrons. Chloroflexusaurantiacus é uma espécie aeróbia facultativa. Pode fazer a fotossíntese anoxigênica e fixar CO2 diferentemente de outros fototróficos: pela via do hidroxipropionato. Formam camadas verde oliva. Precisam de pouca luz Chloroflexus + cianobactéria

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

19. Radiação 1. Ionizante – poder penetrante profundo e danifica o DNA (quebra) • Raios gama, X, elétrons • Usados para esterilizar equipamentos médicos e produtos alimenticios 2. Não ionizante – pouco poder penetrante, usado para esterilizar o ar, água e superficies sólidas • UV produz dímeros de timina e pirimidina o que interfere na replicação.

21. Radiação ionizante Raios X e γ Causam a formação de íons que reagem com nucleotídeos e no esqueleto da desoxiribose - ruptura da estrutura química. Mutações .................. MORTE Células dispõem de mecanismos de reparo: excisão dos nucleotídeos .

22. Radiação Ultravioleta • DNA danificado pode ser reparado por dois tipos de mecanismos: • FOTOREATIVAÇÃO: dímeros separam na presença da luz • REATIVAÇÃO no escuro: • dímeros são excluídos e substituídos na ausência da luz

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

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

25. “Conan”, a bactéria Simples bactéria poderá se tornar o “Turista acidental do espaço”http://science.nasa.gov/NEWHOME/headlines/ast14dec99_1.htm D. radiodurans Carotenóides (fotoproteção) Tétrades

26. 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 e outros agentes físicos e químicos que danificam o DNA

27. Viagens espaciais • Para além da radiação solar no espaço existe ainda radiação cósmica e galáctica. • Os perigos da UV e radiação ionizante vão desde a inibição da fotossíntese até dano nos ácidos nucléicos: • Dano direto no DNA ou • Dano indireto através da produção de O2 reativo, que pode alterar a sequência ou quebrar o DNA

28. Deinococcus radiodurans, suporta 20 kGy de radiação gama e ainda elevados níveis de UV. Suporta radiações que destroem o genoma em pedaços só que ele pode consertar o genoma total em um único dia. Sua tolerância é devida a: Uso na clonagem de microrganismos com capacidade para Remediar locais contaminados com radiação Mecanismo de reparo eficiente

29. Dessecação e resistência a radiação