As mudanças climáticas globais, sem dúvida, vêm impactanto muitas culturas de plantas agrícolas e pastagens, afetando potencialmente o crescimento e a produtividade das plantas. Os efeitos significativos podem ser causados pelo aumento das concentrações de CO2 e temperatura no quadro da mudança global. As plantas C3 em termos de fotossíntese e produção de biomassa geralmente respondem positivamente em elevado CO2 atmosférico do que as plantas C4. No entanto, os efeitos do elevado CO2 e do aquecimento podem ser mais complexos do que previsto anteriormente, devido às interações desses fatores. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos do elevado CO2 (600 ppm) e aquecimento (2 °C de aumento sobre a temperatura ambiente) sobre a fisiologia e bioquímica da forrageira tropical C4 Panicum maximum Jacq. cultivada em um Trop-T-Face (Tropical-Temperature free-air controlled enhancement and free-air carbon dioxide enrichment) sem limitação de água e nutrientes. Foi estimado que o elevado CO2 quando combinado com o aquecimento (eC+eT) aumentou a massa seca do colmo (93%), a biomassa seca total (52%), a área foliar específica (AFE) (12%) e reduziu a razão folha/colmo (30%). Aos 30 dias de experimento, os açúcares solúveis totais das folhas aumentaram com o elevado CO2 (eC) e aquecimento (eT) e depois de 80 dias os açúcares redutores e amido reduziram em eC+eT. Em relação aos carboidratos estruturais, o teor de celulose nas folhas não sofreu variação significativa entre os tratamentos, no entanto, o teor de lignina aumentou em 100% sob eC. Além do incremento em biomassa as plantas foram capazes de evitar fotoinibição do aparato fotossintético e peroxidação lipídica. No tratamento eT os níveis de clorofila aumentaram em 12% e os níveis de -tocoferol reduziram em média de 55%. Os níveis de zeaxantina e luteína, o ciclo de xantofila (VAZ) e o estado de-epoxidação (DPS) do ciclo da xantofila foram alterados pelo elevado CO2 e aquecimento somente depois de 60 dias. Conclui-se que o elevado CO2 e o aquecimento apesar de promoverem uma redução no mecanismo de fotoproteção, a eficiência fotoquímica do fotossistema (PSII) não é danificada se as plantas são cultivadas em condições de disponibilidade hídrica e sem limitação nutricional. No entanto, apesar do aumento em biomassa com elevado CO2 combinado com aquecimento, o elevado CO2 parece resultar em diminuição da qualidade da forragem. / Global climate change undoubtedly impact many agricultural plant crops and grasslands, potentially affecting plant growth and yield. Significant effects may be caused by increased temperature and CO2 concentrations in the frame of global change. It is generally thought that C3 plants may respond positively to atmospheric CO2 enrichment than C4 plants in terms of photosynthesis and biomass accumulation. However, the effects of elevated CO2 and warming may be more complex than previously anticipated due to interactions between these factors. The aim of this study was to evaluate the effects of elevated CO2 (600 ppm) and warming (2 °C increase above ambient temperature) over physiology and biochemistry of the tropical C4 forage Panicum maximum Jacq. grown in a Trop-T-FACE (Tropical-Temperature free-air controlled enhancement and free-air carbon dioxide enrichment) facility under well-watered conditions without nutrient limitation. The combination of elevated CO2 and warming (eC+eT) increased stem dry weight (93%), total dry biomass (52%), specific leaf area (SLA) and decreased the ratio leaves/stem (30%). After 30 days of experiment, total soluble sugar of leaves increased under elevated CO2 (eC) and warming (eT) and carbohydrate sugars and starch decreased in elevated CO2 combined with warming, after 80 days. Regarding structural carbohydrates, cellulose content in leaves had no significant variation between treatments, however, lignin content increased 100% under eC. Furthermore, beyond increase in biomass, plants were able to avoid photoinhibition of the photosynthetic apparatus and lipid peroxidation in response to elevated CO2 and warming. In treatment eT chlorophyll levels increased by 12% and -tocopherol levels decreased by 55%. The de-epoxidation state (DPS) of the xanthophyll cycle, an indicator of excess energy dissipation as heat, xanthophyll cycle pool (VAZ) and both zeaxanthin and lutein levels were changed by elevated CO2 and warming only after 60 days. We conclude that the elevated CO2 and warming while promoting a reduction in photoprotection mechanism, the photochemical efficiency of photosystem (PSII) is not damaged if plants are grown under well-watered and adequate nutritional conditions. However, despite growth increase with elevated CO2 combined warming, elevated CO2 appears to result in decreased quality of forage.

Luz e oxigênio induzem reações de degradação (foto-oxidação) que modificam as propriedades físicas e químicas da matéria, efeitos nocivos da radiação ultravioleta (UV) podem causar descoloração de corantes e pigmentos, amarelamento de plásticos, perda de brilho e da propriedade mecânica (cracking) de materiais, queimaduras, câncer de pele, entre outros problemas relacionados à luz UV. A fim de reduzir os efeitos nocivos da radiação UV e alcançar uma adequada conservação das propriedades dos materiais surgem os absorvedores ou filtros UV. Uma vez que materiais nanométricos a base de cério apresentam atividade fotocatalítica menor e elevada absorção na região do UV tornam-se filtros solares com aplicabilidade em diversas áreas quando comparados aos óxidos utilizados atualmente com função de filtros solares (ZnO e TiO2). Fosfatos de cério (III) (CePO4) foram preparados por Pechini (modificado), síntese hidrotermal e microemulsão reversa; as amostras foram submetidas a tratamento térmico em distintas temperaturas com o intuito de averiguar a estrutura do CePO4 e influência desta na capacidade da absorção UV. Sistemas de óxidos metálicos contendo cério também foram estudados, sendo sintetizados por sol-gel não-alcoóxido e aplicados na forma de pó e filme fino sobre substrato de vidro. A preocupação com a morfologia e o tamanho dos materiais motivou a escolha pelas metodologias de síntese empregadas. Neste trabalho foram exploradas e elucidadas as propriedades dos materiais a base de cério em absorver luz UV, devido às transições 4f-5d dos íons Ce3+ e/ou às transições entre banda de condução e banda de valência. As amostras foram analisadas por espectroscopia de absorção no UV-Vis e na região do infravermelho (FTIR), difração de raios X (XRD), difração de elétrons, susceptibilidade magnética (MS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de reflectância difusa (DRS), atividade fotocatalítica (AF) e ressonância paramagnética de elétrons (EPR). As excelentes propriedades morfológicas, ópticas e fotocatalíticas indicam a possível aplicação dos materiais à base de cério, foco de investigação do presente trabalho, como filtros solares em proteção cosmetológica (cremes, shampoos, sprays etc) ou de materiais (tintas, vernizes, vidros e outros). / Light and oxygen induce degradation reactions (photo-oxidation) that modify the physical and chemical properties of the matter. The damaging UV radiation is responsible for the discoloration of dyes and pigments, weathering, yellowing of plastics, loss of gloss and mechanical properties (cracking), sunburnt skin and other problems associated to UV light. UV absorbers or UV filters have been used in order to reduce these damaging effects and achieve an adequate conservation of the properties of the materials. In front of this problem, cerium based nanomaterials are promising inorganic UV absorbers for the substitution of zinc and titanium oxide, once it presents high UV absorptivity, a lower refraction index than TiO2 and ZnO, and a higher chemical inertia (and thus a lower photocatalytic activity). Nanostructured cerium phosphates (CePO4) were prepared by Pechini, hydrothermal and reverse microemulsion synthesis, and some parameters (calcinations temperature and reactants rate) employed in each synthesis were investigated. Cerium metal oxide systems synthesized by sol-gel (non-alcooxide) and applied as powder and thin films materials were investigated too. The methodology of the synthesis were chosen aiming ideal morphology and particles size. In this work we explored and elucidated the properties of UV absorber cerium based nanomaterials , due to 4f-5d transitions of Ce3+ ions, charge transference of Ce4+ and, a little portion is due to the contribution of valence and conduction band. The samples were characterized by UV-Vis absorption spectroscopy , Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), electron diffraction, magnetic susceptibility (MS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), photocatalytic activity (PA) and electron paramagnetic resonance (EPR). The excellent morphological, optical and photocatalytic properties indicate the possible application of cerium based materials in solar protection for cosmetics (creams, shampoos, sprays etc.) or materials (paints, varnishes, glass and others).

A exposição crônica à radiação solar pode contribuir para o aparecimento do câncer de pele, sendo o uso de fotoprotetores um fator primordial na prevenção desses efeitos deletérios. Atualmente, substâncias bioativas tais como a rutina têm sido foco de interesse da comunidade científica graças às suas propriedades fotoprotetoras e antioxidantes, que podem promover aumento dos valores de FPS, além de conferir características multifuncionais às formulações. Achados in vitro recentes indicam que a rutina, quando incorporada em emulsões fotoprotetoras óleo em água, promove aumento da atividade antioxidante e aumento do FPS. No entanto, a realização de estudos clínicos é fundamental para confirmar e quantificar esses resultados, já que a metodologia in vitro possui baixa repetibilidade e ausência de correlação com ensaios in vivo, principalmente quando as formulações analisadas apresentam substâncias antioxidantes em sua composição. O objetivo deste estudo foi avaliar pela primeira vez a atividade da rutina frente ao FPS e sua segurança clínica através da comparação de formulações fotoprotetoras contendo rutina 0.1% (w/w), avobenzona 3.0% (w/w) e octil dimetil PABA 8.0% (w/w) com uma preparação similar sem o composto bioativo. Adicionalmente, hidratação cutânea, FPS in vitro e atividade antioxidante da rutina em associação com outros filtros foram investigados. O perfil de segurança das formulações qualificou as fórmulas para os testes de eficácia clínica. O teste de DPPH confirmou a capacidade antioxidante da rutina, demonstrando cerca de 40% de aumento na capacidade de sequestro de radicais livres na presença do composto bioativo. A rutina em combinação com os filtros UV aumentou o FPS clínico de 7.30 ± 0.60 para 12.37 ± 1.13, o que representa cerca de 70% de aumento. Os resultados encontrados provam que a rutina em combinação com outros filtros pode aumentar significativamente o valor do FPS e que a mesma é segura para uso clínico. / Unprotected chronic exposure to solar radiation can contribute to premature skin cancer and sunscreens are a key factor to avoid those detrimental effects. Currently, there is a growing interest in the photoprotector and antioxidant potential of bioactive substances, such as rutin, that could help to increase the SPF value and add multifunctional characteristics to the formulations. Recent in vitro findings indicated that rutin, when incorporated in oil-in-water photoprotective emulsions can provide antioxidant activity and SPF increase. However, clinical studies are fundamental to determine this activity duo to in vitro methodology lack of repeatability and correlation between the in vivo data, especially when the analyzed formulas contain antioxidant substances. The aim of this study was to evaluate for the first time to date the rutin in vivo SPF and clinical safety by comparing sunscreens formulations containing rutin 0.1% (w/w), butyl methoxydibenzoylmethane 3.0% (w/w) and octyl dimethylPABA 8.0% (w/w) with a similar bioactive-free preparation. Additionally, skin hydration, in vitro SPF and in vitro antioxidant activity of rutin, in association with the UV filters were investigated. The safety profile of the formulations under sun-exposed skin conditions qualified the formulas for clinical efficacy assays. DPPH test confirmed rutin antioxidant properties, demonstrating about 40% increase in radical scavenging potential when the bioactive compound was present. Rutin in combination with the UV filters increased the clinical SPF from 7.30 ± 0.60 to 12.37 ± 1.13, representing about 70% growth in the SPF value. The results obtained proved that rutin in combination with UV filters can improve the SPF value significantly and is safe for clinical use.

Diversos produtos tópicos são desenvolvidos a fim de se evitar os efeitos nocivos da radiação ultravioleta (UV), dentre eles, os protetores solares constituídos por filtros físicos e/ou químicos. No entanto, os filtros químicos podem promover eventos adversos, razão pela qual a busca de ativos em fontes naturais tem-se mostrado de grande importância. A microalga Botryococcus braunii pode ser de potencial interesse em aplicações cosméticas, pois foi descrito que seu extrato aquoso apresentou redução da desidratação cutânea, induziu a produção do colágeno, bem como promoveu atividade antioxidante. Assim, o estudo visou analisar o auxilio da B. braunii na fotoproteção cutânea e na proteção da pele por meio da ação antioxidante in vitro. As formulações, constituídas de biomassa da microalga ou de seus extratos, acrescidas ou não de filtros, foram avaliadas quanto à: ação antioxidante, atividade fotoprotetora in vitro e fotoestabilidade. A B. braunii apresentou bom desempenho de crescimento, contendo lipídeos (25,65%) e proteínas (49,17%) em proporção semelhante à descrita na literatura. A presença de fenóis totais e a ação antioxidante foram analisadas nos extratos obtidos com clorofórmio, metanol e etanol 70%. O extrato obtido com etanol 70% foi o que apresentou maior concentração de fenóis totais (68,9 µg/mL de ácido cafeico), porém inferior ao relatado na literatura; e a ação antioxidante não foi considerada significativa ao se comparar com o padrão Trolox®. Nas formulações, os extratos foram considerados ineficientes para ação antioxidante. Quanto à atividade fotoprotetora in vitro e fotoestabilidade, a B. braunii não apresentou eficácia adequada, existindo, porém, a possibilidade de os extratos atuarem na região da luz visível e contribuírem contra os efeitos danosos provocados por esta radiação à pele. / Several topical products are developed in order to avoid the harmful effects of ultraviolet (UV) radiation, including sunscreens made by physical and/or chemical filters. However, chemical filters may promote adverse events, which is why the search for actives from natural sources has proven to be of great importance. The microalgae Botryococcus braunii may be of potential interest in cosmetic applications, because it has been reported that its aqueous extract showed a reduction in skin dehydration, induced collagen production and promoted antioxidant activity. Thus, the study aimed to analyze the contribution of B. braunii in skin photoprotection and skin protection through in vitro antioxidant action. The formulations, consisting of biomass from the microalgae or their extracts, supplemented or not by filters, were evaluated for: antioxidant activity, photoprotective activity in vitro and photostability. The B. braunii showed good growth performance, containing lipids (25.65%) and protein (49.17%) in similar proportion to the described by the literature. The presence of phenolic compounds and antioxidant activity were analyzed in extracts obtained with chloroform, methanol and 70% ethanol. The extract obtained with 70% ethanol showed the highest concentration of total phenolics (68.9 mg/mL caffeic acid), but lower than that reported in the literature; and the antioxidant action was not considered significant when compared to the Trolox® standard. In the formulations, the extracts were considered inefficient for antioxidant action. In relation to the in vitro photoprotection activity and photostability, B. braunii did not provide adequate efficacy, however, there is a possibility that the extracts have an ability to act in the visible light region and contribute to the protection from the harmful effects caused by that radiation to the skin.

A exposição ao sol traz benefícios à saúde, no entanto, o excesso pode ocasionar danos cutâneos agudos e crônicos, dentre os quais se destacam as neoplasias. A fotoproteção é um método para a prevenção dos efeitos danosos da radiação ultravioleta (UV) e a biodiversidade Brasileira é campo fértil para as pesquisas nesta área. Dessa forma, os objetivos da presente pesquisa envolveram o desenvolvimento de formulações fotoprotetoras bioativas contendo rutina ou quercetina (compostos bioativos) e filtros solares físicos (dióxido de titânio e óxido de zinco); a caracterização das formulações por meio de ensaios físico (viscosidade aparente) e físico-químico (valor de pH); a determinação da eficácia fotoprotetora estimada por espectrofotometria de refletância difusa com esfera de integração; e a avaliação da estabilidade das preparações por meio do Teste de Estabilidade Normal (TEN). Na etapa do Desenvolvimento, a preparação composta por Dermabase® vegetal (10,0% p/p); sistema umectante (8,0% p/p); sistema emoliente (6,0% p/p); sistema quelante/antioxidante (0,6% p/p); sistema conservante (1,0% p/p); e água destilada recém destilada (74,4% p/p), foi selecionada como a formulação-base. As preparações contendo os compostos bioativos e ativos, isolados ou em associações, possuíram valores de pH biocompatíveis com o da pele, abrangendo o intervalo de 4,28 (5,0% p/p de rutina) a 7,58 (5,0% p/p de dióxido de titânio); aspecto de creme com intervalo de viscosidade aparente entre 12400 (5,0% p/p de óxido de zinco + 5,0% p/p de dióxido de titânio + 2,5% p/p de quercetina) e 31900 cP (5,0% p/p de óxido de zinco + 5,0% p/p de dióxido de titânio + 5,0% p/p de rutina); eficácia fotoprotetora estimada na faixa de fator de proteção solar (FPS) de 2,1 (2,5% p/p de quercetina) a 45,3 (5,0% p/p de óxido de zinco + 5,0% p/p de dióxido de titânio + 5,0% p/p de quercetina); e amplo espectro de proteção com valor mínimo de comprimento de onda crítico igual a 377 nm (5,0% p/p de óxido de zinco). Por meio do TEN, as preparações contendo os compostos bioativos e ativos isolados ou a associação dos filtros solares físicos se mantiveram estáveis para os parâmetros de aspecto, FPS estimado, comprimento de onda crítico, valor de pH e viscosidade aparente, nas condições de armazenamento de 22,0 ± 2,0 °C; 5,0 ± 2,0 °C - exceto para a viscosidade aparente - e 40,0 ± 2,0 °C (120 dias). As associações dos filtros físicos com os compostos bioativos se apresentaram instáveis. Apesar das respostas favoráveis que os flavonoides apreciaram, sugerirem-se que novas pesquisas poderiam ser conduzidas com a finalidade de contornar tais problemas, inclusive, realizando a comprovação da eficácia antissolar in vivo das preparações de melhor desempenho. / Exposition to sunlight promotes health benefits, however, its excess may cause acute and chronic cutaneous damages, including neoplasias. Photoprotection is a preventive approach against ultraviolet (UV) radiation deleterious effects and Brazilian biodiversity is an interesting field to the progress of researches in this science segment. The objectives of this research were the development of bioactive sunscreens containing rutin or quercetin (bioactive compounds) and inorganic UV filters (titanium dioxide and zinc oxide); the preparations\' physical (apparent viscosity) and physicochemical (pH value) characterization; the in vitro evaluation of the formulations\' photoprotective efficacy by diffuse reflectance spectrophotometry equipped with integrated sphere; and the sunscreens\' stability analysis by Normal Stability Testing (NST). The vehicle was developed with the following components: Dermabase® vegetal (10.0% w/w); humectant system (8.0% w/w); emollient system (6.0% w/w); antioxidant/chelating system (0.6% w/w); preservatives (1.0% w/w); and distilled water/aqua (74.4% w/w). Formulations containing the bioactive and the UV filters, isolated or in association, were skin biocompatible with interval of pH values from 4.28 (rutin 5.0% w/w) to 7.58 (titanium dioxide 5.0% w/w); apparent viscosity values of 12400 (zinc oxide 5.0% w/w + titanium dioxide 5.0% w/w + quercetin 2.5% w/w) to 31900 cP (zinc oxide 5.0% w/w + titanium dioxide 5.0% w/w + rutin 5.0% w/w); in vitro photoprotection activity by sun protection factor (SPF) ranging from 2.1 (quercetin 2.5% w/w) to 45.3 (zinc oxide 5.0% w/w + titanium dioxide 5.0% w/w + quercetin 5.0% w/w); and broad spectrum property with minimum critical wavelength of 377 nm (zinc oxide 5.0% w/w). By NST, sunscreens with isolated bioactive and active compounds or the UV filters\' association were considered stable during 120 days for the following parameters: aspect, in vitro SPF, critical wavelength, pH value and apparent viscosity when samples were stored at 22.0 ± 2.0 °C; 5.0 ± 2.0 °C (excluding apparent viscosity) and 40.0 ± 2.0 °C. Associations of UV filters with bioactive compounds were instable. Although the favorable results that flavonoids have achieved, it is suggested further researches aiming at to overcome the identified inconvenient, performing the in vivo SPF determination on best performance formulations to prove the estimated in vitro data.

A exposição excessiva à radiação Ultravioleta (UV) resulta em manifestações clínicas à pele humana como queimaduras, fotoenvelhecimento e câncer. A radiação UVA, preferencialmente, induz à formação de espécies reativas de oxigênio, enquanto que a radiação UVB é absorvida diretamente pelo DNA. Apesar de mecanismos endógenos auxiliarem na prevenção/reparação dos danos causados pela radiação UV, quando o dano excede a capacidade de reparação celular, diversos efeitos lesivos ocorrem na pele como alterações da matriz dérmica, resposta inflamatória e desidratação do estrato córneo. O uso de compostos fenólicos com atividade antioxidante pode auxiliar na prevenção das consequências patológicas da exposição à radiação UV. O presente trabalho teve como objetivo estudar em cultura de células da pele (HaCaT -queratinócito humano imortalizado e FHPD - fibroblasto humano primário dermal) exposta às radiações UVA e UVB a atividade fotoprotetora de 3 compostos fenólicos, ácido cafeico (AC), clorogênico (ACG) e rosmarínico (AR). Inicialmente, células HaCaT e FHPD cultivadas em monocamada foram expostas às doses crescentes de radiação UVA ou UVB e, após 24 horas, foram analisadas quanto a viabilidade, marcadores de morte celular, mediadores inflamatórios, presença de aquaporina e lesões de DNA. HaCaT quando exposta às radiações UVA e UVB são conduzidas à morte por apoptose, com aumento de Caspases 3 e 9, p53 e redução de PARP. Após a exposição à radiação UVA, HaCaT responde com aumento na liberação de IL-6, TNF-α e COX-2, internalização/redução de AQP3 da membrana, redução na liberação de MMP-2 e 9, aumento na liberação de MMP-1 e na produção de ERO. Quando expostos à radiação UVB, HaCaT aumenta a liberação de IL-6 e COX-2, promove internalização/redução de AQP3 na membrana e redução na liberação de MMP-2 e 9. FHPD são menos sensíveis à exposição a ambas as radiações, mostrando redução de viabilidade com parada de ciclo apenas frente à radiação UVA. Além disto, FHPD exposto a radiação UVA responde com aumento na liberação de IL-6 e danos no DNA do tipo 8-oxo-dG. Dentre os compostos, o ACG apresentou melhor atividade fotoquimioprotetora perante ambas as radiações UVA e UVB, pois foi capaz de reverter em HaCaT a morte celular induzida por ambas as radiações e de reverter a parada de ciclo em FHPD expostos à radiação UVA. HaCaT tratado com ACG e exposto à radiação UVA responde com aumento na expressão de AQP3 e PARP, aumento na expressão gênica de AQP3, redução na expressão gênica de CDKN1A e na liberação de MMP-1, 2 e 9. Após a radiação UVB, o tratamento com ACG aumenta a expressão gênica de AQP3, reduz a expressão gênica de CDKN1A, reduz a produção de COX-2 e aumenta a liberação de MMP-2 e 9. O tratamento com o AR apresentou atividade fotoquimioprotetora frente à radiação UVA, com HaCaT respondendo a radiação com aumento na população de células viáveis, aumento na expressão de AQP3 e PARP e na expressão gênica de AQP3, redução na liberação de MMP-1 e 9 e redução na produção de COX-2. FHPD tratados com AR apresentaram aumento na população em fase G1, na expressão de p21, e redução de danos de DNA tipo 8-oxo-dG. O tratamento de HaCaT com AC foi capaz de reverter a morte celular, aumentar a expressão de p53 e aumentar a liberação de MMP-2 e 9 frente à radiação UVB e de reduzir a produção de ERO, a expressão de p21 e a liberação de MMP-1, 2 e 9 frente à radiação UVA. Para FHPD, o tratamento com AC foi capaz apenas de reduzir a formação de danos de DNA tipo 8-oxo-dG. Os resultados indicam que o modelo proposto foi capaz de discriminar a atividade fotoprotetora dos compostos frente à radiação UVA e UVB. Além disto, foi possível demonstrar que os compostos antioxidantes se comportam de maneira distinta enquanto fotoprotetores no modelo empregado. / Excessive exposure to Ultraviolet radiation (UV) results in clinical manifestations in human skin such as burns, photo-aging and cancer. UVA radiation preferentially induces formation of reactive oxygen species, while UVB radiation is absorbed directly by the DNA. Although endogenous mechanisms are able to prevent/repair cellular damages caused by UV radiation, excess cellular damage retains cells repair capacity and also results on diverse harmful effects on skin, such as, changes in the dermal matrix, inflammatory response and dehydration of the stratum corneum. The use of phenolic compounds with antioxidant activity may help preventing pathological conditions caused by UV radiation. This work aimed to study the photoprotective activity of three phenolic compounds, caffeic (CA), chlorogenic (CGA) and rosmarinic acid (RA) in human skin cells (HaCaT - immortalized human keratinocytes and HDSF - human dermal skin fibroblast) exposed to UVA and UVB radiation. Initially, HDSF and HaCaT cells were exposed to increasing doses of UVA and UVB radiation. After 24 hours of exposure, we evaluated cell viability, cell death, inflammatory mediators, aquaporin and DNA damage. Exposure to UVA and UVB radiation in HaCaT cells results on apoptotic cell death, with an increase of caspases 3 and 9, p53 and reduction of PARP. HaCaT cells when exposed to UVA radiation resulted on increased levels of IL-6, TNF-α and COX-2, internalization of the membrane AQP3, reduction of MMP-2 and MMP-9 release, increase of MMP-1 and ROS production. After UVB radiation, HaCaT cells resulted on an increase of IL-6 and COX-2 production, it also promoted internalization of membrane AQP3 and reduced release of MMP-2 and 9. HDSF were less sensitive to both radiations. Moreover, HDSF resulted in cell viability decrease and cell cycle arrest only after UVA radiation. Furthermore, HDSF when exposed to UVA radiation resulted on an increase of IL-6 production and in DNA damage (8-oxo-dG). Among the studied compounds, CGA presented better photochemiprotective activity towards UVA and UVB radiation. Also, this compound was able to reverse cell death in HaCaT after exposure to both radiations and inhibited cell cycle arrest in HDSF after UVA radiation exposure. HaCaT cells treated with CGA and exposed to UVA radiation resulted on an increase in AQP3 and PARP expression, increased in AQP3 gene expression, reduction in CDKN1A gene expression and reduction in MMP-1, 2 and 9 release. After UVB radiation, GCA treatment increases AQP3 gene expression, reduces CDKN1A gene expression, reduces COX-2 production and increase MMP-2 and 9 releases. The AR treatment showed photochemiprotective activity towards the effects of UVA radiation, with HaCaT responding with an increase on cells viability, increased in PARP and AQP3 expression and in AQP3 gene expression, decreased MMP-1 and 9 releases and reduced COX-2c production. HDSF when treated with AR showed an increase in G1 phase population, in p21 expression and reduced DNA damage-type 8-oxo-dG. HaCaT cells treated with AC reversed cell death, increased p53 expression and increased MMP-2 and 9 releases after UVB radiation and reduced ROS production, p21 expression and MMP -1, 2, 9 release after UVA radiation. HDSF treated with AC was only able to reduce the formation of 8-oxodG DNA damage. These results indicated that the proposed model was able to discriminate the photochemiprotective activity of the studied compounds against the UVA and UVB radiation. In addition, it was demonstrated that the each studied antioxidant have different photoprotective mode of action.

Cette thèse a pour objet l'élaboration et l'étude des propriétés de revêtements d'oxyde de zinc en vue de protéger le polycarbonate (PC) contre la photodégradation et ainsi d'augmenter la durabilité de ce polymère. Ces revêtements ont été déposés par pulvérisation cathodique radiofréquence à effet magnétron dans un plasma argon-oxygène. La phase plasma a été caractérisée par spectroscopie d'émission optique en fonction des paramètres de pulvérisation. Les couches de ZnO ont été soumises à des traitements thermiques dans différentes atmosphères (air, azote, vide). Il en résulte une modification de leur composition, de leurs propriétés structurales et optiques et de leurs contraintes internes.<br />L'adhésion du revêtement sur un film de polycarbonate a été caractérisée au moyen du test de pelage. Elle dépend des conditions de dépôt. Pour l'améliorer, différents traitements plasma (Ar, Ar-O2, CO2) de courte durée ont été appliqués au polymère. Ils ont augmenté l'énergie de surface du PC, le meilleur traitement étant celui à base de dioxyde de carbone. Ils ont permis une fonctionnalisation de la surface qui a été mise en en évidence par XPS.<br />L'étude de la photodégradation du PC montre que l'effet photoprotecteur du revêtement de ZnO dépend de son épaisseur et de ses conditions d'élaboration. L'introduction de couches supplémentaires d'alumine a apporté une meilleure protection du PC en évitant l'action photocatalytique de ZnO et en améliorant ses propriétés mécaniques.

The light-harvesting like (LiL) proteins are a widely spread group of proteins within photosynthetic organisms. They are membrane proteins composed of one to four transmembrane helices and – in homology to the light-harvesting complexes of algae and higher plants – at least one of these transmembrane helices contains the chlorophyll a/b-binding (CAB) domain. Opposite to the light-harvesting antenna complexes, LiL proteins are stress induced and they have been shown to be involved in protection of the photosynthetic apparatus. The work presented in this thesis is focused on understanding the function of one-helical LiL proteins of the cryptophyte algae Guillardia theta and the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. G. theta contains two genes encoding LiL proteins, one is localized in the plastid (hlipP), the other in the nucleomorph (HlipNm). Both genes are expressed in normal growth condition, but they are not induced by high light. Immunostaining indicated that HlipNm is translated, but not light-induced. These proteins therefore seem not to be involved in photoprotective mechanisms of G. theta. In the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 four one-helical LiL proteins were identified, they are called Small CAB-like Proteins (SCPs); a fifth LiL (ScpA) is fused with the ferrochelatase (FC), an enzyme involved in the heme synthesis. Our analysis revealed that SCPs are involved in the de novo assembly/repair cycle of Photosystem II, stabilizing the chlorophyll pigments at their protein scaffold. The in vitro characterization of the recombinant FC showed that ScpA is involved in the product-release of the catalytic domain of the enzyme, thereby regulating substrate availability for chlorophyll- or heme- biosynthesis. Finally, using a transcriptomic and metabolomic approaches, I was able to show that deletion of all SCP genes has profound impact on the cell organization and metabolism. In SCP-depleted cells, production of reactive oxygen species (ROS) is increased, while the amount of Photosystem II per cell volume is decreased, causing a macronutrient-deficient phenotype. Therefore, SCPs are important for stress protection and help to maintain a metabolic equilibrium within the cell.

Photosynthesis is the most important process for nearly all life on earth. Photosynthetic organisms capture and transfer light energy from the sun into chemical energy which in turn provides a resource base for heterotrophic organisms. Natural light regimes are irregular and vary over magnitudes. At a certain light intensity, metabolic processes cannot keep up with the electron flow produced by the primary photoreactions, and thus reactive oxygen species (ROS) are produced. ROS are highly reactive and can damage the photosynthesis apparatus and hence plants have evolved several photoprotection mechanisms to avoid the formation of ROS. The aim of this thesis was to examine the ecological effects of variations in photoprotection in plants. In particular I wanted to study the effect on fitness and the interaction with herbivorous insects of plants with different ability in photoprotection. To study this I used wild-type and transgenic Arabidopsis thaliana plants and grew them under natural conditions in field experiments in our botanical garden in Umeå, northern Sweden. For the investigation of the plant-insect interaction, a specialist on Brassicaceae (Plutella xylostella – diamondback moth) and a generalist herbivore (Spodoptera littoralis - Egyptian cotton worm) were used. Plants that are genetically deficient in one of the photoprotection mechanisms showed reduced fitness under natural conditions. I could thus show that feedback de-excitation (FDE) is the most important photoprotection mechanism, because a lack of FDE showed the highest reduction in fitness. The comparison of field grown wild-type with FDE mutant plants, using molecular biology methods, revealed large changes in gene transcription and metabolic composition. In particular, the jasmonate pathway was upregulated in light stressed plants, especially in plants lacking FDE. Jasmonate in turn is known to be a chemical compound which induces herbivore resistance genes and other stress responses. Specialist and generalist insect herbivores responded differently in feeding (dual-choice and no-choice) and oviposition experiments with field grown plants that differed in FDE. Female diamondback moths were attracted by induced defense compounds whereas the larvae avoided these plants in feeding experiments. Generalist larvae preferred, and showed a higher survival rate, on less light-stressed plants compared to more light-stressed plants. Combining molecular biology with ecological experiments is a challenging task. To summarize my experiences, I have produced a guide for experiments on transgenic plants in common gardens. In future investigations it is important to examine natural variations in photoprotection to elucidate selection pressures on specific genes.

Too much light can be lethal for photosynthetic organisms. Under such conditionsharmful reactive oxygen species are generated at the reaction center level. Cyanobacteria havedeveloped photoprotective mechanisms to avoid this. One of them relies on the solubleOrange Carotenoid Protein (OCP) that binds a ketocarotenoid (hydroxyechinenone, hECN).Under strong blue-green illumination, OCP gets photoconverted from an orange inactive form(OCPo) to a red active one (OCPr). OCPr interacts with phycobilisomes, the majorcyanobacterial light harvesting antennae, and triggers heat dissipation of the excess lightenergy collected by these gigantic pigment-protein complexes. Consequently, excitationpressure on reaction centers and fluorescence emission decrease.OCPr binds to phycobilisome cores, containing mainly chromophorylated proteins ofthe allophycocyanin (APC) family. I constructed Synechocystis PCC 6803 mutants affected insome minor APC forms (ApcD, ApcF and ApcE). These special APCs play the role ofterminal emitters, i.e. funnel light energy to Chlorophyll a. Strong-blue green illuminationtriggered normal OCP-related fluorescence quenching in all mutant cells. The fluorescencedecrease induced by Synechocystis OCP in vitro was similar when using phycobilisomesisolated from wild-type or mutant cells. These results demonstrated that the terminal emittersare not needed for interaction with the OCP and they strongly suggested that OCPr interactswith one of the major APC forms of the phycobilisome core.Phycobilisomes containing 2, 3 or 5 APC cylinders per core were isolated fromdifferent cyanobacterial strains. Synechocystis and Arthrospira OCPs were purified from overexpressingSynechocystis mutant strains. I then performed in vitro OCP/phycobilisomeinteraction studies. The number of APC cylinders per core had no clear influence on theamount of fluorescence quenching. Both OCPs behaved very differently, one appearing muchmore species-specific than the other. Structure-based hypotheses were emitted to explain suchdissimilarity.Arthrospira OCP N-terminal and C-terminal domains were separated throughproteolysis. The isolated N-terminal domain retained a bound carotenoid, which displayedsimilar conformation than in OCPr. This isolated N-terminal domain triggered importantphycobilisome fluorescence quenching even under dark conditions. In contrast, the isolated Cterminaldomain attached no pigment and had no visible effect on phycobilisome emission. Itwas then proposed that only the N-terminal domain of OCP is implied in interactions withphycobilisomes. The C-terminal domain modulates its activity.