II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS MANEJO

II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS MANEJO E CULTIVO, CONSERVAÇÃO, BIOTECNOLOGIA E TÉCNICAS DE BIOATIVIDADE MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS RESPONSÁVEIS PELO CURSO: Aline Martins (IQ-USP) Dinaelza Pereira (IQ-USP) João Almeida (IQ-USP) Marcella Carneiro (IB-USP)

ESTRUTURA DO CURSO Princípios básicos da bioquímica da fotossíntese; Apresentação do analisador submersível de rendimento fotossintético DIVING-PAM; Atividade prática: DIVING-PAM; Determinação de parâmetros fotossintéticos de macroalgas expostas a inibidor de fotossíntese.

A FOTOSSÍNTESE Rota pela qual a maior parte da energia entra na biosfera; Transformação de energia luminosa em energia química.

ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE

LOCALIZAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE Cloroplastos Membrana dupla Estroma Membrana tilacóide / Grana Lúmen do tilacóide

LOCALIZAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE Membrana do tilacóide Contém os pigmentos fotossintetizantes Reações luminosas da fotossíntese Estroma Contém o aparato necessário para a assimilação de CO 2 Reações de carboxilação da fotossíntese

REAÇÕES LUMINOSAS Papel da luz na fotossíntese Natureza da luz Propriedades dos pigmentos fotossintéticos Estrutura do aparato fotossintético Processos Início – excitação da clorofila Término – síntese de ATP e NADPH

REAÇÕES LUMINOSAS Natureza da Luz Ondas Comprimento de onda (l) Frequência (v) – nº de picos em dado intervalo de tempo Partículas Fótons Energia de um fóton – quantum – diretamente proporcional a frequência da luz e inversamente proporcional ao comprimento de onda

REAÇÕES LUMINOSAS Natureza da Luz Partículas Espectro eletromagnético PAR

REAÇÕES LUMINOSAS Pigmentos fotossintéticos é r o l a C é Emissão de luz (λ mais longo) é é Cla Estado-base (de menor energia) Cla é Aceptor Calor Absorção de luz (λ) Absorvem luz visível em diferentes comprimentos de onda Cla é

REAÇÕES LUMINOSAS Pigmentos fotossintéticos

REAÇÕES LUMINOSAS Pigmentos fotossintéticos Clorofila a - Principal pigmento envolvido na fotossíntese: similaridade entre o espectro de absorção da clorofila e espectro de ação da fotossíntese. Clorofilas b, c e d – Pigmentos acessórios: ampliam a faixa de luz que pode ser utilizada na fotossíntese.

REAÇÕES LUMINOSAS Clorofila Cauda de hidrocarbonetos Ancoramento na porção lipídica da membrana do tilacóide Elétrons frouxamente ligados – Transição de elétrons

REAÇÕES LUMINOSAS Carotenóides Banda de absorção – 400 a 500 nm – coloração vermelha, laranja e amarela; Hidrocarbonetos solúveis em lipídeos; Carotenos e xantofilas; Zeaxantina Pigmentos antena e fotoproteção.

REAÇÕES LUMINOSAS Ficobiliproteínas Proteínas ligadas covalentemente às ficobilinas (cromóforos); Proteína Pigmentos antena e armazenamento de nitrogênio. Ficobilissomo Ficoeritrina 495 -570 nm (verde) Ficocianina 550 -630 nm Aloficocianina 650 -670 nm (verde-amarelada) (vermelho-Alaranjada) (Lobban & Harrison, 1994) Esquema da organização das ficobiliproteínas no ficobilissomo de Porphyridium purpureum Porphyridiales e do arranjo do ficobilissomo com os fotossistemas (Gantt, 1990)

REAÇÕES LUMINOSAS Pigmentos fotossintetizantes

REAÇÕES LUMINOSAS Fotossistemas Unidades funcionais da fotossíntese

REAÇÕES LUMINOSAS Sistemas antena Variam com as diferentes classes de organismos Adaptação evolutiva a diferentes ambientes Baixo 400 -500 nm 650 nm 670 nm Energia – Absorção de fótons Gradiente de energia Alto Plantas superiores: 200 – 300 clorofilas por centro de reação; Algas e bactérias: milhares de pigmentos por centro de reação. Similares entre as diferentes classes de organismos

REAÇÕES LUMINOSAS Fotossistemas Dois tipos de fotossistemas Fotossistema I – P 700 – Pico ótimo de absorção em 700 nm (vermelho-distante); Fotossistema II – P 680 – Pico ótimo de absorção em 680 nm (vermelho). Trabalham de forma simultânea e contínua PSI – localizado nas lamelas do estroma PSII – localizado nas lamelas granais Difusão de carreadores de elétrons pela membrana

Estroma ATP ADP + Pi H+ NADP+ H+ Pheo PSII é é ATP Sintase Flavo Pt. QA PSI QB Cyt. b 6 f é Chl* PC P 680 H NADPH é Chl* P 700 éH H+ O Lúmen

REAÇÕES LUMINOSAS

REAÇÕES LUMINOSAS ATP Fotofosforilação cíclica H+ éFlavo Pheo PSII ATP Sintase Pt. QA PSI QB Cyt. b 6 f é Chl P 680 ADP + Pi PC é Chl* P 700 H+ Lúmen H+ Estroma

REAÇÕES LUMINOSAS Fotoproteção, reparo e fotoinibição Energia luminosa em excesso Intensidade de fótons Fótons utilizados para fotossíntese Excesso de fótons Dissipação por calor Produtos fototóxicos Carotenóides, SOD, aspartato Oxigênio singleto (1 O 2*) Peroxido de hidrogênio (H 2 O 2) Radical hidroxila (*OH) Dano à D 1 do PSII Reparo, síntese de novo D 1 oxidada Fotoinibição

REAÇÕES LUMINOSAS Dissipação por calor Clorofila no estado Reage com O 2 excitado Carotenóides Estado excitado Oxigênio singleto (1 O 2*) Calor decai ao inicial Quenching não-fotoquímico Dissipação da excitação da clorofila por processos outros que não a fotoquímica Grande fração da excitações no sistema antena causadas pela iluminação intensa é eliminada por sua conversão em calor

REAÇÕES LUMINOSAS Quenching não-fotoquímico Ciclo da xantofilas Baixa Luminosidade Violaxantina Anteraxantina Zeaxantina + Prótons Proteínas - antena Alterações na conformação Quenching e dissipação por calor

REAÇÕES LUMINOSAS Fotoinibição Excesso de excitação Estágios iniciais Inibição prolongada Chega ao centro de reação do PSII Reversível Desmontado e reparado D 1 Inativação e Dano

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO Chamado de Ciclo de Calvin Síntese de glicose a partir da redução de CO 2 Consumo de NADPH e ATP, produzidos tanto na fase “clara” quanto em reações de oxidação de compostos orgânicos

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO Destaque para a 1ª reação Rubisco Incorporação de 1 C a um substrato de 5 C Regeneração de ribulose 1, 5 -bisfosfato (5 C) ao final do ciclo

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO Produção de 1 molécula de glicose (6 C) requer: 6 moléculas de 5 C 6 moléculas de CO 2 18 ATP + 12 NADPH Equação geral do ciclo: 6 CO 2 + 11 H 2 O + 18 ATP + 12 NADPH 1 glicose 6 -fosfato + 18 ADP + 17 Pi + 12 NADP+

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO Fase escura depende de energia luminosa Denominação imprópria Transporte de elétrons da fase “clara” ativa fase “escura” • Enzimas ativas em p. H alcalino e elevada concentração de Mg 2+ • Frutose 1, 6 -bisfosfatase, sedoeptulose 1, 7 -bisfosfatase, ribulose 5 -fosfato quinase dependem dos elétrons do PS I