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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.46.2000.tde-24102008-113541
Documento
Autor
Nome completo
Heloisa Candia Hollnagel
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2000
Orientador
Banca examinadora
Colepicolo Neto, Pio (Presidente)
Miranda, Maria Teresa Machini de
Paula, Edison José de
Politi, Mario José
Weber, Rolf Roland
Título em português
Aspectos bioquímicos da biossíntese de pigmentos carotenóides em Gonyaulax polyedra (Dinophyceae)
Palavras-chave em português
Biossíntese de carotenóides
Dinoflagelados
Espécies reativas de oxigênio
Fotossíntese
Ritmos biológicos
Resumo em português
O dinoflagelado unicelular marinho fotossintetizante Gonyaulax polyedra tem sido utilizado como modelo para o estudo de relógios biológicos. Neste organismo já foram descritos os ritmos de: migração vertical, divisão celular, atividade de superóxido dismutase e nitrato redutase, bioluminescência e capacidade fotossintética. Investigamos a variação circadiana dos pigmentos carotenóides e de RuBisCo II e PCP, as quais estão intimamente ligadas ao processo fotossintético. Experimentos de supressão de espécies reativas de oxigênio (EROs) por carotenóides foram preparados e mostraram que extratos de carotenóides de G. polyedra são capazes de suprimir o O2(1Δg) (oxigênio singlete) in vitro confirmando o importante papel destes no controle das EROs nestas algas. Os extratos metanólicos apresentaram vários pigmentos, tais como clorofila a, β-caroteno e peridinina em diferentes concentrações. A peridinina representa 80 % do total de carotenóides enquanto que o β-caroteno somente 4%. As análises dos cromatogramas de HPLC mostraram que a razão peridinina/clorofila a não varia ao longo de 24 h porém, por outro lado, o β-caroteno apresenta uma variação significativa na sua quantidade, com níveis duas vezes maiores no meio do dia em comparação com os níveis no meio da noite. Esta variação é conservada mesmo quando as células são mantidas em condições de luz constante. A curva de dose-resposta para a síntese de β-caroteno induzida pela luz mostra uma resposta linear com 45 minutos de exposição a luz branca. A indução é máxima quando utilizamos as células do meio período da noite (CT 18) que após esta exposição apresentam níveis de β-caroteno semelhantes as células do meio do dia. Esta alteração de fase no CT 18 sugere que este pigmento pode ser um dos compostos-captadores de luz envolvidos no mecanismo de ajuste de fase por luz em G. polyedra. Culturas de G. polyedra do meio da noite foram expostas à diferentes irradiações (azul, vermelha e verde) e os seus pigmentos extraídos e analisados. Em outra série de experimentos, as células foram mantidas durante o período de claro (12: 12 h) sob diferentes irradiações (vermelha, verde e azul) por 36 horas e os seus pigmentos analisados. Os resultados sugerem que a síntese foto-induzida e a oscilação circadiana do β-caroteno estão ligadas a um fotorreceptor de luz azul/ verde. Nas condições utilizadas não foram observadas variações significativas no conteúdo protéico da RuBisCo II e da PCP ao longo do dia. As análises de RNA total da RuBisCo II mostram que não há variação nos seus níveis quando as células são coletadas no meio do dia e no meio da noite. Quando expostas a condições adversas, G. polyedra apresenta a capacidade de encistar. Embora se conheça bem este mecanismo de defesa, existem poucas informações sobre o estado fisiológico destas células. Células encistadas induzidas por dias curtos apresentam uma alteração na composição de pigmentos com diminuição nas quantidades de β-caroteno e de clorofila a e aumento da quantidade de peridinina, indicando um rearranjo do aparato fotossintético nesta situação, com a peridinina desempenhando um papel mais estrutural. Em consequência, embora o conteúdo protéico de RuBisCo permaneça inalterado, os níveis protéicos de PCP se encontram diminuídos nas células encistadas.
Título em inglês
Biochemical aspects of carotenoids biosynthesis in Gonyaulax polyedra (Dinophyceae)
Palavras-chave em inglês
Biological rhythms
Carotenoids biosynthesis
Dinoflagellates
Photosynthesis
Reactive oxygen species
Resumo em inglês
Gonyaulax polyedra, a marine dinoflagellate which has been used as a model to study the biological clock, displays numerous circadian processes, such as bioluminescence, cell aggregation, cell division, superoxide dismutase and nitrate reductase activities and photosynthesis. In this alga, the photosynthesis is maximal in the middle of the day and minimal in the middle of the night. We investigated the pigments content and the amounts of two proteins related to the photosynthesis: ribulose- 1,5- bisphosphate carboxylase/ oxygenase form II (RuBisCo II) and peridinin: chlorophyll a: protein (PCP) in a 24 h cycle. Using the thermal decomposition of 1,4-dimethylnaphtalene endoperoxide, it was shown that the carotenoids could act as effective quenchers of synglet oxygen in G. polyedra. G. polyedra pigments were extracted every three hours over 24 hours. The amounts of peridinin and chlorophyll a remain constant over the day while the levels of β-carotene oscillate, being two times higher at the day than at the night phase. This variation persists when the cells were kept under constant dim light. The dose-response curve for light-induced β-carotene synthesis showed a linear response up to 45 minutes of light exposure, after which night-phase cells contained the same levels of β-carotene as day-phase cells. Cells exposed to light pulses at different times displays the highest β-carotene induction in the middle of the night. This may suggest that β-carotene may be one of the light-harvesting compounds involved in the light induced phase-shift in Gonyaulax polyedra. To identify which was the photoreceptor involved in β-carotene synthesis, cell of the middle of the night-phase (CT 18) were exposed for 45 minutes to different irradiations (red, blue and green) and their pigments extracted and analysed. Also, cells were grown under red, blue and green light during the light phase (12 h light: 12 h dark ) for 36 hours and their pigments analysed. The results suggested that the circadian oscillation and the photoinduced response synthesis of β-carotene, are related to a blue light receptor. The amounts of RuBisCo II and PCP do not change over the circadian cycle when the cultures were grown under constant dim light. The levels of these proteins also remain constant when cells were kept under ither white light or different light qualities (red, blue and green ) in light: dark (12: 12 h) regime. The G. polyedra RuBisCo form II transcrits levels are the same in middle-day and middle-night cells, suggesting a post-translational control for this enzyme in this organism. Adverse environmental conditions elicit the encystment of G. polyedra. Our results showed an alteration in pigment composition of cysts. An increase in peridinin levels and a decrease in β-carotene and chlorophyll a content were observed. Although RuBisCo form II protein levels remained constant, there was a reduction in the amounts of PCP in cysts. This suggests an important role in thylakoids structure stabilizer for free peridinin.
 
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Data de Publicação
2008-10-31
 
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