A luz age influenciando direta e indiretamente aspectos fisiológicos das macroalgas como crescimento, desenvolvimento, reprodução, desempenho fotossintetizante e aclimatação. A radiação fotossinteticamente ativa (PAR) é a faixa de luz visível compreendida entre 400 e 700 nm, usada pelos organismos para execução da fotossíntese. Os costões rochosos estão sujeitos a uma variabilidade constante de luz que impõe às macroalgas, o desenvolvimento de eficientes estratégias com o objetivo de otimizar a fotossíntese e manter seu crescimento, além de evitarem a fotoinibição e o fotodano. O principal objetivo desta pesquisa foi caracterizar as repostas fisiológicas e composição química de Pterocladiella capillacea (Rhodophyta, Gelidiales) submetida a duas irradiâncias, 60 e 300 μmol fótons.m-2.s-1 ao longo de oito dias. Os parâmetros analisados foram: taxa de crescimento, desempenho fotossintetizante, teor de carbono, hidrogênio e nitrogênio intracelular, conteúdo pigmentar (ficobiliproteínas, clorofila a e carotenoides), proteínas solúveis totais, potencial antioxidante e teor de aminoácidos tipo micosporinas (MAAs). Por ser uma alga de sombra e não tolerar altas irradiâncias, Pterocladiella capillacea mostrou fotossensibilidade frente ao tratamento de maior intensidade luminosa, no entanto não foi evidenciado fotodano, indicando que a espécie possuiu mecanismos de repostas de tolerância eficientes, em especial ao dissipar energia não fotoquímica não regulada. Dessa forma, P.capillacea mostrou alta eficiência em fotoaclimatação e necessitou de pouca intensidade luminosa para manutenção de seus processos vitais. Os resultados do potencial antioxidante mostraram que a espécie é fonte natural de antioxidantes e pode ser utilizada como nutracêutico. Tal fato pode ser melhor explorado, já que o aumento de luz estimulou as defesas antioxidantes da espécie. A irradiância PAR em 300 μmol fótons.m-2.s-1propiciou o acúmulo de MAAs em P.capillacea, não foram observadas diferenças qualitativas na espécie ao longo do tempo, nem entre as irradiâncias. Foi identificada apenas o MAA chinorina, indicando que P.capillacea é fonte in natura deste composto amplamente utilizado pela indústria. Os resultados deste estudo complementam trabalhos ecofisiológicos prévios e fornecem subsídios a respeito da estratégia de vida de P. capillacea frente às mudanças em intensidades luminosa / The light acts directly and indirectly influencing physiological aspects of macroalgae such as growth, development, reproduction, photosynthetic performance and acclimatization. The photosynthetically active radiation (PAR) is the visible light that range between 400 and 700 nm, used by organisms for photosynthesis process. The rocky shores are under to a constant variability of light that imposes on macroalgae the development of efficient strategies in order to optimize photosynthesis and maintain the growth, avoiding photoinhibition and photodamage. The main objective of this research was to characterize the physiological responses and chemical composition of Pterocladiella capillacea (Rhodophyta, Gelidiales) submitted to two irradiances, 60 and 300 μmol fótons.m-2.s-1 over eight days. The parameters analyzed were: growth rate, photosynthetic performance, carbon, hydrogen and nitrogen intracellular, pigment content (phycobiliproteins, chlorophyll and carotenoids), total soluble protein, antioxidant potential and Mycosporine-like amino acids (MAAs). Although, P. capillacea is a shadow-type of seaweed and not tolerate high irradiance, Pterocladiella capillacea showed photosensitivity against the treatment of higher light intensity, but was not observed photodamage, indicating that the species possessed reset mechanisms of efficient tolerance, especially to dissipate photochemical energy unregulated. Thus, P. capillacea showed high efficiency in photoacclimation and required little light intensity to maintain their life processes. The results of the antioxidant potential showed that P. capillacea is a natural source of antioxidants and may be used as a nutraceutical. This can be better exploited, since the increase of light stimulated the antioxidant defenses of the species. Irradiance PAR at 300 μmol fótons.m-2.s-1 provided the MAAs accumulation in P. capillacea, there were no qualitative differences in species over time, or between irradiance. It was only identified the MAA chinorina, indicating that P. capillacea is a source in nature of this compound widely used by industry. The results of this study complement previous ecophysiological works and provide subsidies regarding P. capillacea life´s strategy to the changes in light intensities

A luz age influenciando direta e indiretamente aspectos fisiológicos das macroalgas como crescimento, desenvolvimento, reprodução, desempenho fotossintetizante e aclimatação. A radiação fotossinteticamente ativa (PAR) é a faixa de luz visível compreendida entre 400 e 700 nm, usada pelos organismos para execução da fotossíntese. Os costões rochosos estão sujeitos a uma variabilidade constante de luz que impõe às macroalgas, o desenvolvimento de eficientes estratégias com o objetivo de otimizar a fotossíntese e manter seu crescimento, além de evitarem a fotoinibição e o fotodano. O principal objetivo desta pesquisa foi caracterizar as repostas fisiológicas e composição química de Pterocladiella capillacea (Rhodophyta, Gelidiales) submetida a duas irradiâncias, 60 e 300 μmol fótons.m-2.s-1 ao longo de oito dias. Os parâmetros analisados foram: taxa de crescimento, desempenho fotossintetizante, teor de carbono, hidrogênio e nitrogênio intracelular, conteúdo pigmentar (ficobiliproteínas, clorofila a e carotenoides), proteínas solúveis totais, potencial antioxidante e teor de aminoácidos tipo micosporinas (MAAs). Por ser uma alga de sombra e não tolerar altas irradiâncias, Pterocladiella capillacea mostrou fotossensibilidade frente ao tratamento de maior intensidade luminosa, no entanto não foi evidenciado fotodano, indicando que a espécie possuiu mecanismos de repostas de tolerância eficientes, em especial ao dissipar energia não fotoquímica não regulada. Dessa forma, P.capillacea mostrou alta eficiência em fotoaclimatação e necessitou de pouca intensidade luminosa para manutenção de seus processos vitais. Os resultados do potencial antioxidante mostraram que a espécie é fonte natural de antioxidantes e pode ser utilizada como nutracêutico. Tal fato pode ser melhor explorado, já que o aumento de luz estimulou as defesas antioxidantes da espécie. A irradiância PAR em 300 μmol fótons.m-2.s-1propiciou o acúmulo de MAAs em P.capillacea, não foram observadas diferenças qualitativas na espécie ao longo do tempo, nem entre as irradiâncias. Foi identificada apenas o MAA chinorina, indicando que P.capillacea é fonte in natura deste composto amplamente utilizado pela indústria. Os resultados deste estudo complementam trabalhos ecofisiológicos prévios e fornecem subsídios a respeito da estratégia de vida de P. capillacea frente às mudanças em intensidades luminosa / The light acts directly and indirectly influencing physiological aspects of macroalgae such as growth, development, reproduction, photosynthetic performance and acclimatization. The photosynthetically active radiation (PAR) is the visible light that range between 400 and 700 nm, used by organisms for photosynthesis process. The rocky shores are under to a constant variability of light that imposes on macroalgae the development of efficient strategies in order to optimize photosynthesis and maintain the growth, avoiding photoinhibition and photodamage. The main objective of this research was to characterize the physiological responses and chemical composition of Pterocladiella capillacea (Rhodophyta, Gelidiales) submitted to two irradiances, 60 and 300 μmol fótons.m-2.s-1 over eight days. The parameters analyzed were: growth rate, photosynthetic performance, carbon, hydrogen and nitrogen intracellular, pigment content (phycobiliproteins, chlorophyll and carotenoids), total soluble protein, antioxidant potential and Mycosporine-like amino acids (MAAs). Although, P. capillacea is a shadow-type of seaweed and not tolerate high irradiance, Pterocladiella capillacea showed photosensitivity against the treatment of higher light intensity, but was not observed photodamage, indicating that the species possessed reset mechanisms of efficient tolerance, especially to dissipate photochemical energy unregulated. Thus, P. capillacea showed high efficiency in photoacclimation and required little light intensity to maintain their life processes. The results of the antioxidant potential showed that P. capillacea is a natural source of antioxidants and may be used as a nutraceutical. This can be better exploited, since the increase of light stimulated the antioxidant defenses of the species. Irradiance PAR at 300 μmol fótons.m-2.s-1 provided the MAAs accumulation in P. capillacea, there were no qualitative differences in species over time, or between irradiance. It was only identified the MAA chinorina, indicating that P. capillacea is a source in nature of this compound widely used by industry. The results of this study complement previous ecophysiological works and provide subsidies regarding P. capillacea life´s strategy to the changes in light intensities

Micosporinas são substâncias pertencentes a um grupo de compostos naturalmente encontrados em algas e fungos, que são utilizadas por estes organismos como mecanismo de defesa. São potentes bloqueadores químicos de radiação ultravioleta (UV), atuando principalmente na faixa espectral da radiação UVA, com absorção máxima variando entre 300 e 360 nm, dependendo de sua composição estrutural. Quimicamente, são caracterizadas por um cromóforo ciclohexenona ou ciclohexenimina conjugado com o nitrogênio substituinte de um aminoácido ou aminoálcool. Em alguns membros deste grupo também foi evidenciada uma moderada atividade antioxidante, podendo estes atuarem como antioxidantes naturais em organismos marinhos. Os processos sintéticos utilizados, com o objetivo de obtenção de forma não natural destas moléculas, se basearam em princípios de química verde e evitaram a utilização de solventes orgânicos bem como a produção de intermediários tóxicos. As reações envolvendo uma dicetona cíclica e diferentes aminoácidos foram testadas por diferentes metodologias \"verdes\". A partir destes processos foram obtidos 11 análogos das micosporinas, dos quais 9 tiveram seus potenciais farmacológicos e toxicológicos avaliados. Para verificação do potencial farmacológico das moléculas, foi determinado um espectro de absorção de radiação ultravioleta para cada um dos compostos, que posteriormente tiveram seus potenciais antioxidantes verificados através das atividades sequestrantes de radicais DPPH e de radical superóxido. Os espectros obtidos dos compostos demonstram uma absorção máxima variando de 255 a 309 nm para os diferentes compostos. No ensaio antioxidante de DPPH, dois compostos atingiram a IC50, em concentrações de 1,597 e 1,387 mM, e no ensaio de sequestro de radical superóxido, todos os compostos testados atingiram a IC50, em concentrações que variam de 0,204 a 1,164 mM. O potencial citotóxico das moléculas foi testado em culturas celulares de fibroblastos 3T3, através da incorporação das substâncias em diferentes concentrações e verificação de viabilidade celular, pelo método de redução de MTT, após exposição por 24 horas. O ensaio fototóxico procedeu da mesma forma, porém com a exposição das células a radiação ultravioleta concomitantemente à aplicação dos compostos. Os resultados obtidos demonstraram que nenhum dos compostos pode ser considerado citotóxico, porém um dos compostos é ativado com a exposição a radiação UVA, sendo assim, considerado fototóxico. / Mycosporines are substances belonging to a group of compounds naturally found in algae and fungi, which are used by these organisms as a defense mechanism. They are potent chemical blockers of ultraviolet radiation (UV), acting mainly in the spectral range of UVA, with maximum absorption ranging from 300 to 360 nm, depending on its structural composition. Chemically, they are characterized by a cyclohexenone or cyclohexenimine chromophore conjugated with the nitrogen substituent of an amino acid or an amino alcohol. Some mycosporines present a moderate antioxidant activity; in this case, they can act as natural antioxidants in marine organisms. Our synthesis was based on green chemistry principles and avoided the use of organic solvents and the production of toxic intermediates. The reactions involving a cyclic diketone and different amino acids were tested by different clean methods. Eleven mycosporines analogues were obtained. Nine of them had their pharmacological and toxicological potential evaluated. In order to verify the pharmacological potential of molecules, we determined the UV absorption spectrum of each mycosporine analogue. In addition, we evaluated their antioxidant activity by DPPH and superoxide radical scavenging potential methods. The compounds spectra show an absorption maximum ranging from 255 to 309 nm for different compounds. In the DPPH assay, two compounds reached the IC50 at concentrations of 1.597 e 1.387 mM. In the superoxide scavenging assay, all compounds tested reached the IC50 at concentrations ranging from 0.204 to 1.164 mM. The cytotoxic potential of these molecules was tested in cell cultures (3T3 fibroblasts) through the incorporation of different concentrations of the analogues and checking cell viability by MTT reduction method. The phototoxic test was conducted similarly, but adding the exposure of cells to UV radiation after addition of mycosporines analogues. The results showed that none of the compounds can be considered cytotoxic, but one of the compounds is activated by exposure to UVA radiation, becoming phototoxic.

Micosporinas são substâncias pertencentes a um grupo de compostos naturalmente encontrados em algas e fungos, que são utilizadas por estes organismos como mecanismo de defesa. São potentes bloqueadores químicos de radiação ultravioleta (UV), atuando principalmente na faixa espectral da radiação UVA, com absorção máxima variando entre 300 e 360 nm, dependendo de sua composição estrutural. Quimicamente, são caracterizadas por um cromóforo ciclohexenona ou ciclohexenimina conjugado com o nitrogênio substituinte de um aminoácido ou aminoálcool. Em alguns membros deste grupo também foi evidenciada uma moderada atividade antioxidante, podendo estes atuarem como antioxidantes naturais em organismos marinhos. Os processos sintéticos utilizados, com o objetivo de obtenção de forma não natural destas moléculas, se basearam em princípios de química verde e evitaram a utilização de solventes orgânicos bem como a produção de intermediários tóxicos. As reações envolvendo uma dicetona cíclica e diferentes aminoácidos foram testadas por diferentes metodologias \"verdes\". A partir destes processos foram obtidos 11 análogos das micosporinas, dos quais 9 tiveram seus potenciais farmacológicos e toxicológicos avaliados. Para verificação do potencial farmacológico das moléculas, foi determinado um espectro de absorção de radiação ultravioleta para cada um dos compostos, que posteriormente tiveram seus potenciais antioxidantes verificados através das atividades sequestrantes de radicais DPPH e de radical superóxido. Os espectros obtidos dos compostos demonstram uma absorção máxima variando de 255 a 309 nm para os diferentes compostos. No ensaio antioxidante de DPPH, dois compostos atingiram a IC50, em concentrações de 1,597 e 1,387 mM, e no ensaio de sequestro de radical superóxido, todos os compostos testados atingiram a IC50, em concentrações que variam de 0,204 a 1,164 mM. O potencial citotóxico das moléculas foi testado em culturas celulares de fibroblastos 3T3, através da incorporação das substâncias em diferentes concentrações e verificação de viabilidade celular, pelo método de redução de MTT, após exposição por 24 horas. O ensaio fototóxico procedeu da mesma forma, porém com a exposição das células a radiação ultravioleta concomitantemente à aplicação dos compostos. Os resultados obtidos demonstraram que nenhum dos compostos pode ser considerado citotóxico, porém um dos compostos é ativado com a exposição a radiação UVA, sendo assim, considerado fototóxico. / Mycosporines are substances belonging to a group of compounds naturally found in algae and fungi, which are used by these organisms as a defense mechanism. They are potent chemical blockers of ultraviolet radiation (UV), acting mainly in the spectral range of UVA, with maximum absorption ranging from 300 to 360 nm, depending on its structural composition. Chemically, they are characterized by a cyclohexenone or cyclohexenimine chromophore conjugated with the nitrogen substituent of an amino acid or an amino alcohol. Some mycosporines present a moderate antioxidant activity; in this case, they can act as natural antioxidants in marine organisms. Our synthesis was based on green chemistry principles and avoided the use of organic solvents and the production of toxic intermediates. The reactions involving a cyclic diketone and different amino acids were tested by different clean methods. Eleven mycosporines analogues were obtained. Nine of them had their pharmacological and toxicological potential evaluated. In order to verify the pharmacological potential of molecules, we determined the UV absorption spectrum of each mycosporine analogue. In addition, we evaluated their antioxidant activity by DPPH and superoxide radical scavenging potential methods. The compounds spectra show an absorption maximum ranging from 255 to 309 nm for different compounds. In the DPPH assay, two compounds reached the IC50 at concentrations of 1.597 e 1.387 mM. In the superoxide scavenging assay, all compounds tested reached the IC50 at concentrations ranging from 0.204 to 1.164 mM. The cytotoxic potential of these molecules was tested in cell cultures (3T3 fibroblasts) through the incorporation of different concentrations of the analogues and checking cell viability by MTT reduction method. The phototoxic test was conducted similarly, but adding the exposure of cells to UV radiation after addition of mycosporines analogues. The results showed that none of the compounds can be considered cytotoxic, but one of the compounds is activated by exposure to UVA radiation, becoming phototoxic.

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O estresse de luz pode afetar consideravelmente o crescimento e o desenvolvimento dos organismos fotossintetizantes. Nestas situações, é comum verificar respostas químicas que podem indicar diferentes estratégias de fotoproteção adotado pelo organismo. No presente trabalho, foram desenvolvidas metodologias de análise e extração de pigmentos fotossintetizantes e compostos fenólicos na macroalga vermelha Gracilariopsis tenuifrons com o objetivo de avaliar os efeitos do aumento intensidade de luz sobre estes compostos. Foi verificado que aumento da intensidade de luz não provocou redução na biomassa desta alga, ao contrário houve um maior incremento. Os pigmentos majoritários no extrato foram clorofila α, β-caroteno e zeaxantina. O carotenoide β-caroteno teve um comportamento correlacionado com o pigmento clorofila a, tendo as concentrações reduzidas com o aumento da intensidade de luz, sugerindo que ambos os pigmentos possuam uma mesma função na fotossíntese. Já a concentração da zeaxantina aumentou com a intensidade de luz nos dias iniciais, indicando uma função fotoproteção deste pigmento nesta alga. A capacidade redutora do extrato aumentou com a intensidade luminosa. No entanto, não foi possível afirmar se esse aumento foi realmente devido à síntese de compostos fenólicos ou a outras substâncias que desempenhem o mesmo papel. As análises em CLAE revelaram que um derivado da micosporina palitinol apresentou alta relação com o aumento da intensidade de luz, sendo essa resposta altamente correlacionada com os resultados no ensaio no Folin-Ciocalteu. Em conclusão, das substâncias analisadas neste trabalho, a zeaxantina e o derivado do palitinol foram as que apresentaram os resultados mais evidentes como antioxidantes / The high-light stress can adversely affect growth and development of photosyn-thetic organisms. In these situations, it is common to note chemical responses that may indicate different strategies of photoprotection. In this study, protocols were optimized for analysis and extraction of phenolic compounds and photosynthetic pig-ments in macrophytic red algae Gracilariopsis tenuifrons in order of evaluat-ing the effects of high-light stress on these compounds. It was found that an increase in light intensity has not caused decrease in biomass of algae; on the contrary, promotes a greater increase in biomass. Zeaxanthin, β-carotene and chlorophyll α were the major pigments present in the extract. The β-carotene and chlorophyll a were inversely dependent on the intensity of light. Both pigments were highly correlated sug-gesting the same role in photosynthesis. The concentration of the zeaxanthin was de-pendent on the intensity of light in the initial days, indicating a photoprotection function for this pigment. The reduction capacity of the extract increased with light intensity. However, it was not possible to state that this increase was actually due to the synthesis of phenolic compounds or other substances that perform the same role. The HPLC ana-lyzes revealed that a derivative of micosporina palitinol showed high correlation with the increase in light intensity. This response was highly correlated with the results for Folin-Ciocalteu assay. In conclusion, from all compounds analyzed in this work, zeax-anthin and the palitinol derivative presented clearer results as antioxidants

O estresse de luz pode afetar consideravelmente o crescimento e o desenvolvimento dos organismos fotossintetizantes. Nestas situações, é comum verificar respostas químicas que podem indicar diferentes estratégias de fotoproteção adotado pelo organismo. No presente trabalho, foram desenvolvidas metodologias de análise e extração de pigmentos fotossintetizantes e compostos fenólicos na macroalga vermelha Gracilariopsis tenuifrons com o objetivo de avaliar os efeitos do aumento intensidade de luz sobre estes compostos. Foi verificado que aumento da intensidade de luz não provocou redução na biomassa desta alga, ao contrário houve um maior incremento. Os pigmentos majoritários no extrato foram clorofila α, β-caroteno e zeaxantina. O carotenoide β-caroteno teve um comportamento correlacionado com o pigmento clorofila a, tendo as concentrações reduzidas com o aumento da intensidade de luz, sugerindo que ambos os pigmentos possuam uma mesma função na fotossíntese. Já a concentração da zeaxantina aumentou com a intensidade de luz nos dias iniciais, indicando uma função fotoproteção deste pigmento nesta alga. A capacidade redutora do extrato aumentou com a intensidade luminosa. No entanto, não foi possível afirmar se esse aumento foi realmente devido à síntese de compostos fenólicos ou a outras substâncias que desempenhem o mesmo papel. As análises em CLAE revelaram que um derivado da micosporina palitinol apresentou alta relação com o aumento da intensidade de luz, sendo essa resposta altamente correlacionada com os resultados no ensaio no Folin-Ciocalteu. Em conclusão, das substâncias analisadas neste trabalho, a zeaxantina e o derivado do palitinol foram as que apresentaram os resultados mais evidentes como antioxidantes / The high-light stress can adversely affect growth and development of photosyn-thetic organisms. In these situations, it is common to note chemical responses that may indicate different strategies of photoprotection. In this study, protocols were optimized for analysis and extraction of phenolic compounds and photosynthetic pig-ments in macrophytic red algae Gracilariopsis tenuifrons in order of evaluat-ing the effects of high-light stress on these compounds. It was found that an increase in light intensity has not caused decrease in biomass of algae; on the contrary, promotes a greater increase in biomass. Zeaxanthin, β-carotene and chlorophyll α were the major pigments present in the extract. The β-carotene and chlorophyll a were inversely dependent on the intensity of light. Both pigments were highly correlated sug-gesting the same role in photosynthesis. The concentration of the zeaxanthin was de-pendent on the intensity of light in the initial days, indicating a photoprotection function for this pigment. The reduction capacity of the extract increased with light intensity. However, it was not possible to state that this increase was actually due to the synthesis of phenolic compounds or other substances that perform the same role. The HPLC ana-lyzes revealed that a derivative of micosporina palitinol showed high correlation with the increase in light intensity. This response was highly correlated with the results for Folin-Ciocalteu assay. In conclusion, from all compounds analyzed in this work, zeax-anthin and the palitinol derivative presented clearer results as antioxidants

Aminoácidos tipo micosporinas (MAAs) são compostos responsáveis pela fotoproteção no ultravioleta de diversos organismos aquáticos. São sintetizados pela via do ácido chiquímico por algas, bactérias e fungos, de maneira similar à síntese de flavonóides em plantas superiores. Neste trabalho foram conduzidos estudos relacionados a estes compostos em algas. Protocolos de extração de diferentes algas foram testados alterando-se parâmetros como solventes, temperatura e condições de incubação. Os resultados mostraram que dependendo da alga estudada, diferentes condições podem mudar a concentração de MAAs extraída, ressaltando a importância de se testar diversos parâmetros na extração, evitando assim valores sub- ou superestimados de concentrações. O desenvolvimento de um método por HPLC permitiu a separação de 6 MAAs com boa resolução. A caracterização estrutural foi realizada majoritariamente por espectrometria de massas utilizando diferentes tipos de analisadores. Estas análises permitiram a proposição de mecanismos de fragmentação descritos pela primeira vez para esta classe de compostos e possibilitaram a identificação de diferentes MAAs em algumas micro e macroalgas. Ensaios in vitro foram realizados com o extrato obtido da macroalga Gracilaria domingensis no intuito de avaliar seu potencial uso em formulações cosméticas direcionadas à fotoproteção. Os testes de estabilidade quanto ao pH, temperatura e exposição à radiação ultravioleta bem como os ensaios de citotoxicidade, fototoxicidade e avaliação do fator de proteção solar sugeriram que este extrato pode ser promissor quando incorporado em formulações direcionadas para a fotoproteção. Este extrato não apresentou atividade antioxidante significativa. Os estudos com o dinoflagelado Prorocentrum minimum isolado de duas regiões diferentes, quando exposto às radiações ultravioleta, mostraram que houve uma indução das MAAs em ambas linhagens em todos os tratamentos realizados no período de 72 h. A indução foi mais rápida e pronunciada na linhagem oriunda de Lisboa, em Portugal do que na linhagem proveniente de Kattegat, na Dinamarca. Estes dados estão de acordo com as características do local de origem das linhagens, uma vez que os dinoflagelados originários de Portugal em seu meio natural estavam sujeitos a maiores irradiações. Medidas do rendimento quântico do fotossistema II indicaram que a síntese e acúmulo de MAAs em P. minimum isolada de Lisboa ofereceu vantagens na proteção do sistema fotossintético e na supressão de espécies reativas de oxigênio desta microalga quando comparada aos indivíduos da mesma espécie de regiões com menores irradiações. / Mycosporine-like amino acids (MAAs) are chemically related water soluble compounds responsible for UV photoprotection in many aquatic organisms. They are biosynthesized via the shikimate pathway by algae, bacteria and fungi in a similar manner to the biosynthesis of UV-screening flavonoids in terrestrial plants. In this work, studies related to this class of compounds were performed with algae. Extraction protocols of some algae were tested using diverse solvents at different temperature. The results showed that depending on the organism examined, both solvent concentration and temperature affected extraction efficiency and final MAA concentration. The improvement of a HPLC method separated a mix of 6 MAAs with good resolution. The structural characterization was made by mass spectrometry using different analyzers. The analysis by mass spectrometry allowed the proposition of new mechanisms of fragmentation and identification of different MAAs in some micro and macroalgae. In vitro preliminary assays were performed to evaluate the potential use of Gracilaria domingensis extract in suncare products. The extract showed no antioxidant activity, however the pH, temperature and UV exposure stability, as well the citotoxicity, phototoxicity and sun protection factor showed a potential commercial utilization for the extracts. The UV exposure experiments with the dinoflagellate Prorocentrum minimum isolated from Lisbon, Portugal and Kattegat, Denmark, showed that MAAs were induced in all treatments during 72 h. The induction was faster in the species from Lisbon than the ones from Kattegat. These data are in agreement with local isolation place, since the dinoflagellates from Portugal are submitted to high irradiance regime in their natural enviroment. The quantum yield of photosystem II suggested that the over production of MAAs by P. Minimum from Lisbon protects the photosynthetic apparatus, indicating that MAAs act as spectrally specific UV sunscreens in phytoplankton.

Submitted by ANNA ISABEL NASSAR BAUTISTA SARAIVA null (annaisabel.ifsp@yahoo.com.br) on 2017-07-28T16:28:07Z No. of bitstreams: 1 tese final pós-correção_ok.pdf: 2224366 bytes, checksum: 14d1d03c22d3e56e61a484a95e72f7c4 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-08-03T13:14:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 saraiva_ainb_dr_rcla.pdf: 2224366 bytes, checksum: 14d1d03c22d3e56e61a484a95e72f7c4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T13:14:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 saraiva_ainb_dr_rcla.pdf: 2224366 bytes, checksum: 14d1d03c22d3e56e61a484a95e72f7c4 (MD5) Previous issue date: 2017-06-23 / Nos últimos séculos a história do ser humano no planeta Terra tem sido marcada por intensos impactos ambientais antropogênicos negativos, dentre os quais destaca-se a maior exposição da radiação ultravioleta (UV) na superfície terrestre devido à destruição da Camada de Ozônio ocasionada pela liberação de substâncias tais como os CFCs (clorofluorcarbonetos). A radiação UV tem sido considerada com um dos principais fatores que afetam a distribuição dos organismos fotossintetizantes em ambientes aquáticos, tendo efeitos biológicos diversos como danos no DNA e em moléculas proteicas, alteração dos pigmentos fotossintéticos, modificações nos parâmetros fotossintéticos e crescimento desses organismos. Torna-se evidente, portanto, que as mudanças da incidência de radiação UV na superfície terrestre podem levar a alterações ecofisiológicas nas comunidades algais. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo central analisar as respostas fisiológicas (parâmetros fotossintéticos, concentração de pigmentos fotossintéticos e de substâncias fotoprotetoras) à radiação ultravioleta (UVA e UVAB) em macroalgas continentais (ambientes lóticos e aerofíticos). A idéia geral foi avaliar o nível de resposta (tendência de aumento ou diminuição em maior ou menor grau) na performance em função da exposição à radiação ultravioleta. Duas hipóteses gerais foram formuladas: 1) as respostas das macroalgas consistirão essencialmente de tendência de diminuição de sua performance fisiológica (parâmetros fotossintéticos e concentração de pigmentos) e aumento de substâncias fotoprotetoras sob exposição à radiação UV; 2) o nível de resposta será diferente entre os grupos de algas, sendo que para as algas verdes (tipicamente algas de sol) espera-se que sejam mais tolerantes à radiação UV, enquanto que as rodófitas (tipicamente algas de sombra) tenderão a ser mais sensíveis e as cianobactérias deverão apresentar respostas intermediárias. Hipóteses mais específicas foram formuladas para cada parte do trabalho (capítulos). Experimentos foram realizados em três condições: PAR apenas (400-700nm); PAR + UVA (320-700nm), UVA; PAR + UVA + UVB (280-700nm), UVAB. A tese foi dividida em três capítulos com seus respectivos objetivos e hipóteses: 1) “Respostas fotossintéticas dos estágios gametofítico e esporofítico da macroalga vermelha continental Kumanoa ambigua (Rhodophyta, Batrachospermales) sob radiação UV”. O objetivo foi analisar o desempenho fotossintético dos estágios (gametófito e esporófito, 'Chantransia') de K. ambigua em cultura sob radiação UV. Hipotetizou-se que os estágios do histórico de vida de K. ambigua exibiriam respostas fotossintéticas diferentes à exposição à UV. 2) “Efeitos da radiação UV na fotossíntese e fotoproteção em duas espécies de Cyanobacteria”. O objetivo foi analisar o desempenho fotossintético (parâmetros derivados da fluorescência da clorofila), as concentrações de pigmentos (clorofila a e carotenóides) e a presença de compostos absorventes de UV (aminoácidos tipo-micosporinas - MAAs e scitoneminas) em duas cianobactérias aerofíticas, Leptolyngbya cf. henningsii e Scytonema sp. em resposta à exposição à radiação UV em condições de cultura. Hipotetizou-se que ambas espécies teriam desempenho fotossintético semelhantes em resposta à exposição de radiação UV, mas elas difeririam em termos de concentrações de pigmento e formação de compostos absorvedores de UV. 3) Efeitos da radiação UV na fotossíntese de três espécies de macroalgas lóticas tropicais. O objetivo foi analisar o desempenho fotossintético (parâmetros derivados da fluorescência da clorofila), as concentrações de clorofila a e a presença de compostos absorventes de UV (MAAs) em Cladophora glomerata (Chlorophyta), Spirogyra sp. (Streptophyta) e Sirodotia delicatula (Rhodophyta) coletadas em condições naturais em resposta à exposição de radiação UV em condições laboratoriais. Hipotetizou-se que Spirogyra sp. and C. glomerata, típicas algas adaptadas ao sol, apresentariam performances fotossintéticas semelhantes, com uma leve resposta à exposição à radiação UV e que S. delicatula, caracterizada por ser uma alga adaptada à sombra, exibiria uma resposta distinta com uma maior sensibilidade à exposição à UV. Os principais resultados e conclusões encontrados foram: i) este é o primeiro trabalho que reportou não somente os efeitos da radiação UV sobre o desempenho fotossintético de macroalgas tropicais, bem como descreveu a presença de MAAs em duas espécies de algas vermelhas de água doce; ii) O gametófito de K. ambigua respondeu com um aumento da sua performance fotossintética, além da presença de shinorina (MAA) sob UVA, sugerindo que é menos sensível à radiação UV, particularmente UVA, em comparação com o esporófito em condições de cultura, além de indicar que a radiação UVA, quando moderada, tem efeitos benéficos em alguns organismos aquáticos, tais como o gametófito de K. ambigua; iii) Espécimes coletados em condições naturais de S. delicatula apresentaram dois tipos de MAAs (shinorina e palatina) e foram praticamente insensíveis aos tratamentos com radiação UV, sugerindo que não somente a presença de MAAs é um importante escudo de proteção contra radiação UV, mas também demonstra que apesar de ser uma rodófita tipicamente adaptada à sombra, pode tolerar altas irradiâncias, incluindo-se a radiação UV; iv) C. glomerata apresentou uma diminuição mais acentuada da fotossíntese em UVA em relação a UVAB, apesar de menor teor de clorofila a ter sido observado em UVAB; v) Spirogyra sp. apresentou uma diminuição da performance fotossintética em PAR, sugerindo que a radiação UVAB deve ser importante na indução de fotoreparo e/ou uma fonte energia para fotossíntese; vi) Apesar de serem algas verdes adaptadas ao sol, C. glomerata e Spirogyra sp., apresentaram respostas distintas no desempenho fotossintético e concentrações de clorofila a sob exposição da radiação UV, indicando que elas utilizam estratégias diferentes para lidar com a radiação UV; vii) A ausência de MAAs e de scitoneminas e a pouca variação do desempenho fotossintético indicam que L. cf. henningsii foi insensível à exposição a UV nas condições testadas, e que o aumento do conteúdo de carotenóides sob UVA e UVAB sugerem que estes pigmentos atuaram como escudo eficaz para a radiação UV; viii) Scytonema sp. apresentou um aumento da atividade fotossintética em UVA, sinalizando que também é capaz de usar UVA como fonte de energia para a fotossíntese, e/ou em mecanismos de reparo relacionados ao DNA. Em contrapartida, observou-se uma diminuição do desempenho fotossintético em UVAB, acompanhada de maiores concentrações de MAAs, sugerindo que estes pigmentos não foram suficientemente eficazes para evitar os efeitos negativos da radiação UV. Em síntese, as duas hipóteses iniciais foram refutadas: a primeira, pois nem sempre as algas responderam com tendência à diminuição de sua performance fotossintética ou de produção de substâncias fotoprotetoras à radiação ultravioleta. A segunda, pois as duas espécies de algas verdes, C. glomerata e Spirogyra sp., típicas algas adaptadas ao sol, não mostraram ser mais tolerantes à radiação UV em relação às algas vermelhas, consideradas adaptadas à sombra. Além disso, as respostas foram espécie-específicas, como exemplificado pelas duas espécies de cianobactérias (Leptolyngbya cf. henningsii e Scytonema sp.) e entre os dois estágios de vida de K. ambigua. Estes resultados são muito relevantes por representarem a primeira abordagem para compreensão da adaptação e aclimatação fisiológica de macroalgas tropicais às mudanças globais do clima, notadamente radiação UV. / The history of human on planet Earth has been marked by intense negative anthropogenic environmental impacts, which enhanced the exposure to ultraviolet (UV) radiation the Earth's surface due to depletion of the ozone layer caused by the release of substances, such as, CFCs (chlorofluorocarbons). UV radiation has been considered as one of the main factors that affect the distribution of photosynthetic organisms in aquatic environments, with varied biological effects, such as, damage to DNA and protein molecules, alteration of photosynthetic pigments, changes in photosynthetic parameters and growth of these organisms. Changes in the incidence of UV radiation on the Earth's surface can lead to ecophysiological alterations in algal communities. In this context, the objective of this investigation was to analyze the physiological responses (photosynthetic parameters, concentration of photosynthetic pigments and photoprotective substances) to ultraviolet radiation (UVA and UVAB) in inland macroalgae (lotic and aerophytic habitats). The general idea was to evaluate the level of response (trend of increase or decrease to greater or lesser degree) in photosynthetic performance to ultraviolet exposure. Two general hypotheses were formulated: 1) the responses of macroalgae will essentially consist of a trend to decrease in their physiological performance (photosynthetic parameters and pigment concentration) and increase photoprotective substances under UV exposure; 2) the response level will be different among algal groups, with green algae (typically sun-adapted algae) expected to be more tolerant to UV radiation, whereas red algae (typically shaded-adapted algae) to be more sensitive and the cyanobacteria having intermediate responses. Specific hypotheses were formulated for each part of the work (chapters). Experiments were performed under three conditions: PAR only (400-700nm); PAR + UVA (320-700nm), UVA; PAR + UVA + UVB (280-700nm), UVAB. The thesis was divided into three chapters with their respective objectives and hypotheses: 1) “UV-radiation effects on photosynthesis and photoprotection in gametophytic and sporophytic stages of the freshwater red alga Kumanoa ambigua (Rhodophyta, Batrachospermales)”. The aim was to analyze the photosynthetic performance of gametophytic and sporophytic (‘Chantransia’) stages of Kumanoa ambigua in culture under UV radiation. We hypothesized that the life history stages of K. ambigua would exhibit different photosynthetic responses to UV exposure; 2) “UV-radiation effects on photosynthesis and photoprotection of two species of Cyanobacteria”. The aim was to analyze the photosynthetic performance (parameters derived of chlorophyll fluorescence), pigment concentrations (chlorophyll a and carotenoids) and the presence of UV-absorbing compounds (mycosporine-like aminoacids - MAAs and scytonemin) in two terrestrial cyanobacteria, Leptolyngbya cf. henningsii and Scytonema sp. in response to UV radiation exposure under culture conditions. It was hypothesized that the responses to UV exposure would be similar in both species for photosynthetic performance but they would differ in terms of pigment concentrations and UV-absorbing compounds; 3) “UV-radiation effects on photosynthesis in three species of tropical lotic macroalgae”. The aim was to analyze the photosynthetic performance (parameters derived of chlorophyll fluorescence), chlorophyll a concentrations and the presence of UV-absorbing compounds (mycosporine-like aminoacids - MAAs) in three tropical lotic macroalgae, Cladophora glomerata (Chlorophyta), Spirogyra sp. (Streptophyta) and Sirodotia delicatula (Rhodophyta) collected in natural conditions in response to UV radiation exposure under laboratory conditions. We hypothesized that Spirogyra sp. and C. glomerata, typical sun-adapted algae, would present similar photosynthetic performance with slight responses to UV exposure, while S. delicatula, a typical shaded-adapted alga, would exhibit a distinct strategy with higher sensitivity to UV exposure. The main results and conclusions were: i) this is the first work that reported not only the effects of UV radiation on the photosynthetic performance of tropical macroalgae, but also described the presence of MAAs in two species of freshwater red algae; ii) the increase of photosynthetic performance and the presence of shinorine (MAA) under UVA, suggests that gametophyte of K. ambigua is less sensitive to UV radiation, particularly UV in comparison to the sporophyte under culture conditions. In addition, UVA radiation, in moderate levels, could have beneficial effects in some aquatic organisms, such as the gametophyte of K. ambigua; iii) specimens collected under natural conditions of S. delicatula had two types of MAAs (shinorine and palythine) and were practically insensitive to treatments with UV radiation. These results suggest that not only the presence of MAAs is an important protection shield against UV radiation, but also demonstrates that some Rhodophyta, typically shaded-adapted algae, can tolerate high irradiances, including UV radiation; iv) C. glomerata presented a more pronounced decrease of photosynthesis under UVA in relation to UVAB, although a lower chlorophyll a content has been observed in UVAB; v) Spirogyra sp. had a decrease in photosynthetic performance in PAR, suggesting that UVAB radiation should be important in the induction of photorepair and/or as energy source to photosynthesis; vi) C. glomerata and Spirogyra sp., although considered typical sun-adapted algae, presented distinct responses on photosynthetic performance and chlorophyll concentrations under UV exposure, indicating that they use different strategies to deal with UV radiation; vii) the lack of MAAs and scitonemins and the weak responses of photosynthetic performances indicate that L. cf. henningsii was insensitive to UV exposure under the conditions tested. In addition, the increased carotenoid content under UVA and UVAB suggests that these pigments act as effective shield for UV radiation; viii) Scytonema sp. showed an increase in photosynthetic activity under UVA, signaling that it is also capable to use UVA as a source of energy for photosynthesis, and/or in repair mechanisms of DNA. In contrast, a decrease in the photosynthetic performance in UVAB was observed, although associated to higher concentrations of MAAs, suggested that these pigments were not effective enough to avoid the negative effects of UV radiation. In summary, the two initial hypotheses were rejected: the first, because the algal species not always responded with a trend to decrease of their physiological performances or to produce photoprotective substances under UV radiation. The second, because the two green algae, C. glomerata and Spirogyra sp., typical sun-adapted, were not shown to be more tolerant to UV radiation in comparison to the red algae, considered as shade-adapted. In addition, the responses were species-specific as clearly demonstrated by the two cyanobacterial species (Leptolyngbya cf. henningsii e Scytonema sp.) and between the two stages of K. ambigua. These results are relevant to be a first approach to a understanding of the adaptation and physiological acclimation of tropical macroalgae to global climate changes, notably UV radiation.

Aminoácidos tipo micosporinas (MAAs) são compostos responsáveis pela fotoproteção no ultravioleta de diversos organismos aquáticos. São sintetizados pela via do ácido chiquímico por algas, bactérias e fungos, de maneira similar à síntese de flavonóides em plantas superiores. Neste trabalho foram conduzidos estudos relacionados a estes compostos em algas. Protocolos de extração de diferentes algas foram testados alterando-se parâmetros como solventes, temperatura e condições de incubação. Os resultados mostraram que dependendo da alga estudada, diferentes condições podem mudar a concentração de MAAs extraída, ressaltando a importância de se testar diversos parâmetros na extração, evitando assim valores sub- ou superestimados de concentrações. O desenvolvimento de um método por HPLC permitiu a separação de 6 MAAs com boa resolução. A caracterização estrutural foi realizada majoritariamente por espectrometria de massas utilizando diferentes tipos de analisadores. Estas análises permitiram a proposição de mecanismos de fragmentação descritos pela primeira vez para esta classe de compostos e possibilitaram a identificação de diferentes MAAs em algumas micro e macroalgas. Ensaios in vitro foram realizados com o extrato obtido da macroalga Gracilaria domingensis no intuito de avaliar seu potencial uso em formulações cosméticas direcionadas à fotoproteção. Os testes de estabilidade quanto ao pH, temperatura e exposição à radiação ultravioleta bem como os ensaios de citotoxicidade, fototoxicidade e avaliação do fator de proteção solar sugeriram que este extrato pode ser promissor quando incorporado em formulações direcionadas para a fotoproteção. Este extrato não apresentou atividade antioxidante significativa. Os estudos com o dinoflagelado Prorocentrum minimum isolado de duas regiões diferentes, quando exposto às radiações ultravioleta, mostraram que houve uma indução das MAAs em ambas linhagens em todos os tratamentos realizados no período de 72 h. A indução foi mais rápida e pronunciada na linhagem oriunda de Lisboa, em Portugal do que na linhagem proveniente de Kattegat, na Dinamarca. Estes dados estão de acordo com as características do local de origem das linhagens, uma vez que os dinoflagelados originários de Portugal em seu meio natural estavam sujeitos a maiores irradiações. Medidas do rendimento quântico do fotossistema II indicaram que a síntese e acúmulo de MAAs em P. minimum isolada de Lisboa ofereceu vantagens na proteção do sistema fotossintético e na supressão de espécies reativas de oxigênio desta microalga quando comparada aos indivíduos da mesma espécie de regiões com menores irradiações. / Mycosporine-like amino acids (MAAs) are chemically related water soluble compounds responsible for UV photoprotection in many aquatic organisms. They are biosynthesized via the shikimate pathway by algae, bacteria and fungi in a similar manner to the biosynthesis of UV-screening flavonoids in terrestrial plants. In this work, studies related to this class of compounds were performed with algae. Extraction protocols of some algae were tested using diverse solvents at different temperature. The results showed that depending on the organism examined, both solvent concentration and temperature affected extraction efficiency and final MAA concentration. The improvement of a HPLC method separated a mix of 6 MAAs with good resolution. The structural characterization was made by mass spectrometry using different analyzers. The analysis by mass spectrometry allowed the proposition of new mechanisms of fragmentation and identification of different MAAs in some micro and macroalgae. In vitro preliminary assays were performed to evaluate the potential use of Gracilaria domingensis extract in suncare products. The extract showed no antioxidant activity, however the pH, temperature and UV exposure stability, as well the citotoxicity, phototoxicity and sun protection factor showed a potential commercial utilization for the extracts. The UV exposure experiments with the dinoflagellate Prorocentrum minimum isolated from Lisbon, Portugal and Kattegat, Denmark, showed that MAAs were induced in all treatments during 72 h. The induction was faster in the species from Lisbon than the ones from Kattegat. These data are in agreement with local isolation place, since the dinoflagellates from Portugal are submitted to high irradiance regime in their natural enviroment. The quantum yield of photosystem II suggested that the over production of MAAs by P. Minimum from Lisbon protects the photosynthetic apparatus, indicating that MAAs act as spectrally specific UV sunscreens in phytoplankton.