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Radiações. Espectro eletromagnético Efeito da radiação nos microrganismos Extremófilos. Aplicações. Radiação solar. A radiação solar fornece anualmente para a atmosfera 1,5 x 10 18 kWh de energia, que suporta a vasta maioria das cadeias tróficas, sendo o sustentáculo da vida na Terra.

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Radiações

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Presentation Transcript


Radiações

Espectro eletromagnético

Efeito da radiação nos microrganismos

Extremófilos. Aplicações


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.


Transformações energéticas na Biosfera

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


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 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.


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

Quando 1 fóton de luz é absorvido a molécula fica energizada

Reações de “ESCURO”

energia química é usada para reduzir CO2 em

constituintes celulares


Pigmentos


Outros pigmentos

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


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


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


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


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.


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-


CIANOBACTÉRIAS

Fotofosforilação 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 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


  • 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


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 – 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.


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.


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.


“Conan”, a bactéria

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

Tétrades

Deinococcus radiodurans

Presença de carotenóides


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.


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.


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.


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