Pigmentos

Para a energia luminosa ser utilizável pelos organismos fotossintéticos, ela deve inicialmente ser absorvida por pigmentos específicos, tais como clorofila, carotenóides e ficobilinas. Esses pigmentos encontram-se associados a proteínas nas lamelas fotossintéticas, formadas por tilacóides. Isso permite uma disposição espacial que torna muito eficiente a propagação de energia absorvida (MARZOCCO; TORRES, 1999).

Nas cianobactérias, tais como A. platensis, a fotossíntese ocorre principalmente nas membranas tilacoidais onde estão localizados os pigmentos fotossitnéticos clorofila a, carotenóides e ficocianina (COGNO et al., 2003). As lamelas tilacoidais são duas linhas paralelas em formato de disco fechado, onde estão localizados a clorofila celular (clorofila a) e os carotenóides (VAN; YKELENBURG, 1979).

O aparato fotossintético das cianobactérias consiste principalmente de três tipos de complexos macromoleculares: fotossistema I, fotossistema II e os ficobilissomos. O FSI e o FSII são complexos intrínsecos onde os ficobilissomos estão sobre a superfície externa dos tilacoídes na forma de esferas (GANTT, 1981; LIU et al., 2005). Os ficobilissomos auxiliam na absorção da energia luminosa em

um intervalo do espectro maior que as clorofilas absorvem (500-680 nm) permitindo as espécies que possuem essas antenas a utilizar todo o intervalo da luz visível emitido pelo sol (KUMAR; MURHTY, 2007)

Os ficobilissomos estão unidos nas lamelas tilacoídais e funcionam como antenas captadoras de luz, que transferem a energia excitante para o centro de reação dos fotossistemas (VAN EYKELENBURG, 1979). A maior parte da energia luminosa é absorvida por complexos pigmentos-proteínas chamados de ficobilissomos. Os componentes dos ficobilissomos, as ficobiliproteínas, são responsáveis pela pigmentação verde-azulada da maioria das cianobactérias. Os ficobilissomos são agregados de alto peso molecular compostos por ficocianina, aloficocianina e ficoeritrina (com pico de absorbância de 615 nm, 650 nm e 565 nm, respectivamente). Com o aumento da intensidade luminosa, os ficobilissomos são menos abundantes (VAN EYKELENBURG, 1979).

As ficobiliproteínas, presentes nos grânulos de ficobilissomos, podem constituir mais de 60% de proteína solúvel em cianobactérias (HOUMARD, 1994). Isso é o que caracteriza a Spirulina spp. por ser comercializada como um suplemento alimentar rico em proteínas (TANDEAU de MARSAC; HOUMARD, 1993). As ficobiliproteinas purificadas possuem uma variedade de funções, como substituinte de corantes sintéticos em alimentos e produtos cosméticos, sondas para métodos de imunodiagnósticos, citometria de fluxo e microscopia de fluorescência (STANIER e COHEN-BAZIRE, 1977; SPOLAORE et al., 2006).

As maiores classes da ficobiliproteinas são: ficoeritrina (PE), ficoeritrocianina (PEC), ficocianina (PC), e aloficocianina (APC) (CIFERRI, 1983). A absorção máxima são 540–570, 570–590, 610–620, e 650–655 nm para PE, PEC, PC, e APC, respectivamente (STANIER; COHEN-BAZIRE, 1977; CIFERRI, 1983).

Além das ficobiliproteínas, as cianobactérias contêm as clorofilas e os carotonóides para absorção de energia luminosa. Entre os carotenóides encontram- se o -caroteno, o mais importante, e as xantofilas que são carotenos oxigenados (MARZZOCO; TORRES, 1999).

As clorofilas são os pigmentos naturais presentes nas plantas, cianobactérias e algas. O nome clorofila foi proposto por Pelletier e Caventou, em 1818, para designar a substância verde que se podia extrair das folhas com o auxílio do álcool. Atualmente os pigmentos clorofilianos são de grande importância comercial, podendo ser utilizados tanto como pigmentos quanto como antioxidantes. Os

pigmentos fotossintéticos presentes e a sua abundância variam de acordo com a espécie. A clorofila a (Chl a) está presente em todos os organismos que realizam fotossíntese oxigênica. As bactérias fotossintetizantes são desprovidas de clorofila a e possui em seu lugar a bacterioclorofila como pigmento fotossintético. A Chl a é o pigmento utilizado para realizar a fotoquímica (o primeiro estágio do processo fotossintético), enquanto que os demais pigmentos auxiliam na absorção de luz e na transferência da energia radiante para os centros de reação, sendo assim chamados de pigmentos acessórios (STREIT et al., 2005). As cianobactérias possuem clorofila

a e ficobilinas, mas não possuem a clorofila b (GRIFFITHS, 2006).

As clorofilas são as moléculas fotorreceptoras mais importantes. São moléculas formadas por complexos derivados da porfirina, tendo como átomo central o Mg (magnésio) (Figura 6). Esse composto é uma estrutura macrocíclica assimétrica totalmente insaturada constituída por quatro anéis de pirrol. Esses anéis numeram- se de 1 a 4 ou de “a” a “d”, de acordo com o sistema de numeração de Fisher (SCHOEFS, 2002). A clorofila a, o anel de porfirina contém um grupo metil (-CH3) no Carbono 3. A estrutura química da clorofila está representada na Figura 6.

Figura 6. Representação esquemática da molécula da clorofila a

Fonte:http://138.192.68.68/bio/Courses/biochem2/Photosynthesis/Photosynthesis1.html

Os pigmentos que absorvem luz fazem parte de complexos protéicos que atravessam a membrana tilacoidal denominados de fotossistemas. Esses são unidades funcionais das reações da fotossíntese. Cada fotossistema pode conter várias moléculas de clorofila, carotenóides e ficobilinas, todas capazes de absorver luz, por isso denominada de moléculas-antena. Os carotenóides e as ficobilinas apresentam absorção em região do espectro luminoso em que as clorofilas

absorvem pouco, e isso permite a ampliação do espectro luminoso utilizado na fotossíntese (MARZOCCO; TORRES, 1999).

A composição de pigmentos da Spirulina é típica de uma cianobactéria, a única clorofila presente é a clorofila a, que tem seu peso variando entre 0,8 e 1,5% do peso seco. As proteínas que possuem maior potencial econômico são as biliproteínas. Nas Spirulinas, existem duas biliproteínas, c-ficonianina e a aloficocianina. A fração protéica pode conter mais de 20% de ficocianina, um pigmento azul solúvel em água (VONSHAK, 1997). Entre os carotenoídes, 67-79% é constituído do -caroteno. As maiorias dos carotenóides da Spirulina são -caroteno,

-cryptoxantina e zeaxantina (LORENZ, 1999).

Os carotenóides, carotenos e xantofilas, além de sua função de absorver energia luminosa, são capazes de dissipar a energia de excitação excedente na forma de calor evitando danos ao aparato fotossintético. Enquanto que como transdutores de energia até o centro de reação não são muito eficiente (30% - 40% de eficiência) como dissipadores de energia absorvida em excesso pela clorofila são altamente eficientes (MANRIQUE, 2003).

A zeaxantina é capaz de receber a energia diretamente da clorofila excitada e dissipa-lá posteriormente na forma de calor, sem emissão de radiação. O processo se inverte quando a luz desaparece ou vai se tornando menos intensa progressivamente, finalizando o ciclo. A dissipação da energia é devido a zeaxantina (MANRIQUE, 2003).

Os pigmentos acessórios são fundamentais para a realização da fotossíntese pelos organismos. Algas que possuem apenas a clorofila a como Ochromonas

malhamensis e a Nannochloris oculata crescem mais rapidamente em presença de

substrato orgânico que em presença apenas da luz como fonte de energia, mesmo sob condições ótimas de luz. Os pigmentos acessórios atuam somente absorvendo energia, contribuindo para a fotossíntese (BRODY; BRODY, 1962).

No entanto, a captação de energia para a função fotossintética não é a única função dos pigmentos fotossintéticos, estes são sistemas fotoprotetores quando a intensidade luminosa é excessiva. Quando nem todos os fótons absorvidos pela clorofila podem ser utilizados no processo fotoquímico, é desencadeado um mecanismo para dissipar o excesso de energia e evitar danos as membranas fotossintéticas e a própria clorofila, resultando em um branqueamento das células com uma conseqüente redução ou perda da capacidade fotossintética. Na presença

de excesso de luz, o oxigênio reage com a clorofila excitada originando um oxigêno singlete que é muito mais reativo podendo oxidar as clorofilas (branqueamento), os ácidos graxos polinsaturados que forma peróxidos e outros compostos. Então os carotenóides dissipam o radical peróxido e também a clorofila excitada adquirindo o estado triplete que por sua vez se dissipa despreendendo calor para o meio externo (MANRIQUE, 2003)