Diversidade e evolução dos organismos
fotossintetizantes
Departamento
ORGANISMOS COM CLOROFILA A
FOTOSSÍNTESE
6CO
2+ 6H
2O C
6H
12O
6+ 6O
2Departamento
QUEM SÃO OS ORGANISMOS
COM CLOROFILA A ?
Árvore filogenética universal (Woese 1983)
Departamento
QUEM SÃO OS EUCARIONTES
FOTOSSINTETISANTES ?
Departamento
Origem do cloroplasto (endossimbiose) Origem da mitocôndria (endossimbiose)
Excavados Rhizaria Plantas (Archaeplastida) Cromoalveolados Unicontes
E ugle nof íc e a s Chl or a ra c hni oph y ta Fora mi nífer os P la nt a s terre s tre s Ch aral es (a lg a s v er d es ) A lga s v e rme lha s Gl a ucofitas A lga s par das Cris of íc e a s D ia tomáce a s Oomi c e tes Haptó fit a s Cript omonas Cili a dos A pic omple x a Dinof la gel a dos Fungos Anima is M ix omic e tes Cerc omonados O utr as algas v erde s O utr as algas v erde s O utr as algas v erde s Eucariontes atuais
Relações filogenéticas entre eucariontes atuais, com ênfase nos grupos que possuem cloroplastos e suas conexões evolutivas via endossimbiose primária e secundária (modificado de Palmer et al. 2004, American Journal of Botany 91: 1437-1445). As cinco linhagens principais (excavados, cercozoa, plantas, cromoalveolados e unicontes) são
sustentadas não só por marcadores moleculares, mas também por dados ultra-estruturais e bioquímicos.
Cine to pla s tídeos Cerc omonas Hete rolobos e a P e rk ins us Com representantes fotossintetizantes
Departamento
de Botânica - IBUSP
Endossimbiose primária
Archibald & Keeling (2002)
Linhagem
Plantae
Departamento
Linhagem
Archaeplastida
(Plantae)
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Archibald & Keeling (2002)
Endossimbiose
secundária a
partir de:
Rhodophyta e
Chlorophyta
Endossimbiose
primária
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de Botânica - IBUSP
Algas pardas
Linhagem dos Cromoalveolados
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Cianobactérias
Departamento
Cianobactérias (Cyanophyta)
KYANOS (Grego) = Azul
PHYTON (Grego) = Planta
Ocorrência
Regiões Polares Desertos
Água Doce
Associação a outros organismos
Fontes termais (74oC)
Cianofíceas termofílicas no Parque Nacional de Yellowstone Solo Rochas Terrestres Oceano (plâncton e bentos) (Chloroxybacteria) - 150 gêneros – 2.000 sp
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de Botânica - IBUSP
Leptogium – corte transversal
Leptogium sp.
Associações
Cianobactérias
Líquenes apenas 10% com cianobactérias
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Corte longitudinal da folha de Azolla sp.: cavidade com Anabaena sp. (Smith, 1955)
Associações
Cianobactérias
Briófitas Monilófitas Gimnospermas Angiospermas
-Anabaena em cavidades de folhas de Azolla fixação de N2
Cianobactérias e plantas
- Monilófitas
Azolla Anabaena sp.
Departamento
Cianobactérias e plantas
- Gimnospermas: raízes de Cycas sp.
Cianobactérias
Associações
Departamento
- fotossintetizante
(libera O2 como produto final) - procarióticas
-clorofila a (b, c, d)
-glicogênio
-mucopolissacarídeos -ausência de flagelos
-grupo monofilético dentro de Eubacteria
-antigo (3.5 bi de anos?)
Cianobactérias
Departamento
- Formações calcárias em camadas
- Origem: 3,5 bi de anos (2,7 bi – cianofíceas)
Estromatólitos em uma fonte termal no Parque Nacional de Yellowstone (Madigan et al. 1997)
Estromatólitos
Cianobactérias
Departamento
• Primeiros organismos fotossintetizantes O
2O
3(barreira contra UV)
pouco sensíveis à UV
fotossíntese é estimulada por baixos teores de O
2- Liberação de O
2para a atm terrestre: 1
oevento de
poluição.
Importância evolutiva
Cianobactérias
• Origem primária dos cloroplastos
Departamento
- parede celular - diferentes camadas. composição: glicopeptídeo
Organização celular
Cianobactérias
- bainha de mucilagem(mucopolissacarídeo e ácidos pécticos) (semelhante a bactérias gram-negativas)
- movimentação - proteção
Departamento
Organização celular
(MET)
Cianobactérias
(70S)
Nucleóide
Carboxissomos (estruturas protéicas: mecanismos de concentração de carbono) -Anidrase carbônica (HCO3- + H+
CO2 + H2O)
-Rubisco ( ciclo de Calvin).
Reserva grânulos de: - “amido” (glicogênio) - cianoficina (polipeptídeos) - polifosfato
Departamento
de Botânica - IBUSP
Tilacóides
-invaginações do plasmalema
- Pigmentos:
1. clorofila a
(b, c e d)2. carotenóides
3. ficobiliproteínas
Aloficocianina Ficocianina FicoeritrinaCianobactérias
(ficobilissomos)Departamento
de Botânica - IBUSP
PIGMENTOS FOTOSSÍNTETIZANTES
aloficocianina ficocianina ficoeritrina Ficobiliproteínas:Clorofila a
MerismopediaCianobactérias
Carotenóides: - carotenos (beta-caroteno) - xantofilas ou carotenóis Clor. b – 3 gêneros Clor. c – 2 gêneros Clor. d –1 gênero Scytonema AclimataçãoDepartamento
de Botânica - IBUSP
Vesículas de gás
(planctônicas)- circundadas por membranas protéicas - controlam a flutuabilidade b) microscopia eletrônica de transmissão Anabaena flos-aquae a) microscopia óptica
Cianobactérias
Departamento
de Botânica - IBUSP
- Deslizamento:
contato com o substrato
- Contração de microfibrilas no protoplasto
Oscillatoria
Mobilidade
Vertical
Horizontal
Cianobactérias
Vesículas gasosas Controle da flutuabilidadeDepartamento
de Botânica - IBUSP
Coloniais
Synechococcus MerismopediaUnicelulares
Filamentosas
Morfologia
CyanotheceCianobactérias
Departamento
de Botânica - IBUSP
Microcystis Gloecapsa Nostoc
Coloniais
Cianobactérias
Morfologia
Departamento
de Botânica - IBUSP
Oscillatoria
Hapalosiphon Tolypothrix
Spirulina
- tricoma pode estar envolvido por bainha mucilaginosa
Filamentosas
Tolypothrix - ramificação falsa
Tipos:
- unisseriados ou plurisseriados - com ou sem ramificação
- ramificações falsa e verdadeira
Anabaena
Cianobactérias
Morfologia
Departamento
•Assexuada
-
divisão celular
- fragmentação: formas filamentosas e
coloniais
- hormogônios: formas filamentosas
- endósporo (baeócitos)
- exósporo
- acineto (esporo de resistência)
•Sexuada
(não conhecida): evidências de recombinação genética.Reprodução
Cianobactérias
Departamento
Reprodução assexuada
Fragmentação
- formas filamentosas e coloniaisHormogônios
- formas filamentosas com bainhaCianobactérias
Departamento
Acineto (esporo de resistência):
formas filamentosas heterocitadas.
-
grandes quantidades de reserva e paredes espessadas.Cianobactérias
Reprodução assexuada
Departamento
Heterocito
- fixação de nitrogênio (N2)
• Nitrogenase converte N2 em amônia na ausência de O2.
• A fixação de N2 pode ocorrer em outras células em condições anóxicas.
• Reprodução: ponto de quebra do filamento
• Formação dos acinetos
Departamento
Classificação: cerca de 2000 sp. em 150 gêneros
Filo: Cyanophyta
Classe: Cyanophyceae
Ordens:
Chroococcales (unicel. ou coloniais)
Nostocales (filamentosas)
Chamaesiphonales (reprodução por esporos)
CYANOPHYTA
Departamento
Modificado de van den Hoek et al. (1995)
Cianobactérias
Departamento
Produção de biodísel
Importância econômica de cianobactérias
Schirmer et al. 2010. Microbial Biosynthesis of Alkanes. Science 329: 559-562.
Synechococcus elongatus PCC7942 S. elongatus PCC6301
Synechocystis sp. PCC6803
Prochlorococcus marinus CCMP1986 Anabaena variabilis ATCC29413
Nostoc punctiforme PCC73102 Gloeobacter violaceus PCC7421 Nostoc sp. PCC7120 Cyanothece sp. PCC7425 Cyanothece sp. ATCC51142 Synechococcus sp. PCC7002
Departamento
de Botânica - IBUSP
Modificado de Sergio de Oliveira Lourenço Universidade Federal Fluminense
Shell (2007): planta piloto (Hawaii–EUA)
Produção de biodísel
Importância econômica de cianobactérias
Departamento
Importância econômica de cianobactérias
- Fixadoras de N
Anabaena sp. Azolla sp. Cultivo de arrozDepartamento
de Botânica - IBUSP
Spirulina
- pobres em calorias e ricas em proteínas
- Complemento alimentar
Cianobactérias
Departamento
Combate à desnutrição
- Spirulina sp.Cianobactérias
Departamento
Lago Onondaga, N.Y.(Sze, 1986)
Florações de cianobactérias
Bloom multi-específico (Canter-Lund & (Canter-Lund, 1995)
Microcystis
Anabaena
Aphanizomenon Gomphosphaeria
Cianobactérias
- Ambientes de água doce
- Redução da diversidade de espécies
liberação de substâncias tóxicas
- Neurotoxínas
- hepatotoxinas (ex. microcistina)
Síndrome de Caruarú -PE - (1996)
AZEVEDO, S.M.F.O.; CARMICHAEL, W.W.; JOCHIMSEN, E.M.; RINEHART, K.L.; LAU, S.; SHAW, G.R. & EAGLESHAM G.K. 2002. Human intoxication by microcystins during renal dialysis treatment in Caruaru - Brazil. Toxicology, 181: 441-446.
Fev/96 - 116 (89%) of 131 pacientes com sintomas
(distúrbios visuais, náusea, vómito, fraqueza muscular). - Dez/96 - 58 mortes – microcistina
Minist. Saúde (2000) –legislação brasileira: parâmetros de controle de qualidade para água potável (cianobactérias e
cianotoxinas)
Departamento
Aula Prática
• Duplas – Lista (Lugares determinados no Lab.)
• Leitura do guia - “Orientação para as aulas práticas” –
trazer material: pinças, estilete, papel sulfite ou caderno, lâmina de barbear, lâmina e lamínula, lenço de papel.
• L. Microscopia 2 • Referências
Departamento
Referências para aula prática
Graham, L.E., Graham, J.M. & L.W. Wilcox. 2009. Algae. 2nd ed.
Pearson Benjamin Cummings. San Francisco, CA.
Bicudo, C. & Bicudo, R. 1970. Algas de águas continentais
brasileiras. Fundação Brasileira para o desenvolvimento do
Ensino de Ciências, São Paulo.
Bicudo, C. E. M. & Menezes, M. 2006. Gêneros de algas de
águas continentais do Brasil: chave para identificação e
descrições. 2. ed. RiMa Editora, São Carlos.
Joly, A.B. 1975. Botânica. Introdução à taxonomia vegetal. Edusp, São Paulo
Bold, H.C. & Wynne, M.J. 1978 Introduction to the algae. Structure and reproduction. Prentice-Hall, Inc., New Jersey.
Lee, R.E. 2008. Phycology. 4th ed. Cambridge University Press,
Cambridge.
Van den Hoek, C., D.G. Mann & H.M. Jahns. 1995. Algae. An
introduction to phycology. Cambridge University Press,
Cambridge.
