Littérature scientifique sur le sujet « Fotosistemi »

Unos herbicidas matan a las plantas deteniendo el transporte de electrones en el fotosistema II. Ellos compiten con la plastoquinona (PQ), un transportador de electrones, por el sitio de acople en la proteína D1 del fotosistema II. Cuando el herbicida se acopla al nicho de la PQ, detiene el flujo de electrones porque el herbicida no puede aceptar ni donar electrones como la PQ. Esto causa que la clorofila no pueda transferir la energía que absorbe o recibe de los pigmentos accesorios; al quedar excitada forma clorofila triplete que causa la peroxidación de los lípidos y la muerte de las células. Además, la clorofila triplete reacciona con oxígeno molecular (O2) y forma oxígeno singlete o singulete (1O2), una forma reactiva de oxígeno que daña los lípidos de las membranas celulares. Luego se destruye la clorofila y los carotenoides, y se pierde la semipermeabilidad e integridad de las membranas celulares. Las membranas destruidas dejan escapar el contenido celular a los espacios intercelulares y las células mueren. Más de 70 especies han desarrollado resistencia a algunos de estos herbicidas y el mecanismo más común es una modificación en el genoma del sitio de acople del herbicida en el fotosistema II. En unas especies cambió el aminoácido 264 en la proteína D1, el aminoácido serina fue reemplazado por glicina o treonina; en otras cambió valina por isoleucina en la posición 219; en la posición 251 alanina por valina y en la posición 266 asparagina por treonina. Estos cambios reducen la afinidad del herbicida por el sitio de acople y la eficiencia del transporte de electrones, reduciendo la fotosintesis. Debido a que el cloroplasto tiene su propio genoma, esta resistencia se hereda de la madre. Unos biotipos han desarrollado resistencia porque tienen un metabolismo acelerado y detoxifican el herbicida más rápido que los susceptibles. La detoxificación es causada por una actividad alta de la enzima glutatión transferasa que conjuga el herbicida con el glutatión.

<span>El oxígeno atmosférico se encuentra en un porcentaje aproximado de 21% y es producto de la oxidación del H2O que se lleva a cabo en el fotosistema II de las plantas, algas y cianobacterias. El oxígeno es indispensable para la mayoría de los seres vivos debido a que es el aceptor final de electrones en la cadena respiratoria y dicho transporte está acoplado a la síntesis de ATP.</span>

Las ficobiliproteínas, como las ficocianinas que se extraen de las cianobacterias, tales como la Spirulina Plantesis son los principales pigmentos accesorios de la fotosíntesis en las cianobacterias. Se encuentran en asociación con la superficie exterior de las láminas fotosintéticas y forman parte del aparato de captación de luz del fotosistema II de luz. (Patel, A.,et al, 2005).La espectroscopia mediante resonancia magnética nuclear de proteínas (usualmente llamada RMN de proteínas) es un campo de la biología estructural en el cual se utiliza la espectroscopia RMN para obtener información sobre la estructura y dinámica de las proteínas. (Manuales MSD, 2020).

La lechuga (Lactuca sativa L.) es un importante cultivo alimenticio y es cultivada en todo el mundo. Su rendimiento fotosintético y metabólico es dependiente de parámetros de luz y de temperatura. Por otro lado, la fuente del suministro de nitrógeno (N) a la planta se relaciona de manera directa con la eficiencia fotosintética; por este motivo la fotosíntesis es afectada por la disponibilidad de N y por la radiación. Con base en lo anterior, el objetivo del trabajo fue evaluar la respuesta fotosintética del cultivo de lechuga en hidroponía con relaciones nitrato/amonio (NO3-/NH4+) en verano y otoño. Las lechugas se cultivaron en un sistema hidropónico de raíz flotante. El diseño experimental fue completamente al azar, con arreglo factorial 4 x 2, cuatro relaciones de NO3-/NH4+ (100/0, 80/20, 65/35 y 50/50) y dos estaciones (verano y otoño), con un total de ocho tratamientos y 300 unidades experimentales (en cada estación). Se evaluaron las variables: eficiencia máxima del fotosistema II (Fv/Fm), eficiencia efectiva del fotosistema II (ФPSII), tasa de transporte de electrones (ETR), asimilación neta de CO2 (Pn), tasa de transpiración (E) y conductancia estomática (gs). Las condiciones ambientales del otoño promovieron un aumento en todas las variables de fotosíntesis. La relación 100/0 aumentó 17.5 % más ФPSII y 15.73 % más gs. La interacción estación verano con la relación 50/50 disminuyó la Fv/Fm a 0.78 y en ETR la 100/0 fue menor en un 41.76 %. La aplicación de NH4+ en dosis mayores al 35 % en la solución nutritiva disminuyó las variables de fotosíntesis en el cultivo de lechuga en verano. La reacción fotosintética asociada con crecientes proporciones de N amoniacal en la solución nutritiva es dependiente de la estación de cultivo (verano u otoño), al parecer asociada con la temperatura y radiación.

Los efectos del calentamiento global en las zonas urbanas hacen preponderante el estudio de especies arbóreas en diferentes condiciones de estrés abiótico, como el anegamiento. En este estudio se analizó el comportamiento fisiológico de seis especies nativas con cuatro niveles de anegamiento, determinando el estado hídrico, el comportamiento fotosintético y la pérdida de electrolitos. De acuerdo a los parámetros evaluados, se recomienda establecer Quercus humboldtii y Ficus tequendamae en zonas con altas precipitaciones y con tendencia al anegamiento debido a la tolerancia que se evidenció. Esto permite que estas zonas en Bogotá mantengan el arbolado urbano bajo escenarios de cambio climático. La estabilidad de las membranas celulares y la eficiencia máxima fotosintética del fotosistema II pueden ser usados como marcadores de tolerancia a condiciones de anegamiento en árboles.

Para conocer el efecto de los nutrientes minerales potasio (K), boro (B) y fósforo (P), sobre variables fisiológicas y de crecimiento en aguacate var. Hass, se evaluaron siete tratamientos y cuatro réplicas con tres niveles de dosis: (1) deficiencia del respectivo elemento: 50% de la fertilización completa, (2) completa o tratamiento control: 100% y (3) exceso con un 150% por encima de la fertilización completa, dispuestos en un diseño completamente aleatorio. Las plantas crecieron en bolsas de polietileno, con suelo, y bajo condiciones de invernadero. Se realizó fertilización y riego semanal. Dentro de las variables evaluadas fueron el área foliar (AF), número de hojas (NH), contenido relativo de clorofilas (CC), eficiencia máxima fotoquímica del fotosistema II (Fv/Fm) y transpiración (E), además se describió la sintomatología de deficiencias o excesos en hojas. Se encontró que los valores de AF, NH y CC fueron menores en relación con el control. De igual forma, Fv/Fm y la E fueron menores con respecto al control, sugiriendo probable estrés ocasionado por los tratamientos; presentándose en mayor proporción para P, seguido de K y B. Los signos visuales de estrés nutricional se observaron de forma más clara en las plantas sometidas a deficiencia que en aquellas sometidas a exceso, siendo acorde a lo reportado para esta variedad.

Para entender a ocorrência de P. glomerata na várzea amazônica, investigamos as respostas morfo-fisiológicas a longo período de inundação. Durante seis meses, plântulas de P. glomerata foram submetidas a dois tratamentos de inundação (parcial e total) para análise da assimilação fotossintética líquida (A), eficiência quântica do fotosistema II (referido como Fv/Fm), altura, número de folhas, diâmetro do colo do caule (DCC), área foliar e biomassa da planta. Encontramos um decréscimo da atividade de trocas gasosas, das taxas de crescimento e danos foliares com o aumento do nível de inundação. Após seis meses de experimento, a área foliar, a biomassa dos órgãos vegetativos (raiz, caule e folha) e a biomassa total das plântulas inundadas foram menores que das plântulas controle, plântulas não-inundadas. De acordo com o aumento do nível de inundação, a biomassa fotoassimilada foi alocada principalmente para o caule. Somente área foliar específica, razão raiz / parte aérea e massa seca de raiz não apresentaram diferenças entre os tratamentos. As plântulas totalmente inundadas foram fortemente comprometidas, demonstrando ser esta à condição mais crítica para a manutenção do metabolismo fisiológico. P. glomerata foi afetada pelo longo período de inundação, no entanto a espécie revela adaptações morfo-fisiologica que justifica a sua ocorrência em florestas de várzea.

<div class="page" title="Page 1"><div class="section"><div class="layoutArea"><div class="column"><p><span>El presente trabajo fue desarrollado en el Cantón Rumiñahui, provincia de Pichincha, Ecuador. El objetivo fue evaluar tres concentraciones nitrógeno de las sales Murashige y Skooog (MS) en el medio de cultivo, en las fases de enraizamiento </span><span>in vitro </span><span>y adaptación a sustrato de </span><span>Rubus glaucus. </span><span>La dosis de 4,88mM de nitrógeno en el medio presentó el mayor número de raíces con un promedio de 3,72 raíces por planta, mayor longitud de raíz con 1,8cm de largo, mayor porcentaje de enraizamiento tanto </span><span>in vitro </span><span>como en sustrato, con un promedio de 78 % y 100 % respectivamente. Además, resultó en los menores niveles de estrés de la planta, medidos en el índice del contenido de clorofila y actividad del fotosistema II o fluorescencia variable. Los resultados muestran que la disminución de los nitratos a la mitad, fue un factor determinante en el incremento de plantas enraizadas. </span></p></div></div></div></div>

En esta Tesis abordamos la caracterización de ácidos grasos y carotenoides en sistemas de gran relevancia biológica, como lo son las membranas celulares y los fotosistemas. Empleamos para ello técnicas computacionales tanto de la mecánica cuántica como de la mecánica molecular, que ofrecen una descripción detallada, a escala atómica, de los fenómenos químicos que tienen lugar en estos entornos. Así, en este trabajo se construyen modelos para caracterizar la actividad antioxidante de los carotenoides basados en cálculos de la teoría del funcional de la densidad (DFT), al tiempo que se desarrollan campos de fuerza empíricos para describir la conformación y las interacciones moleculares de ácidos grasos y carotenoides en los medios biológicos, que permiten su simulación mediante la dinámica molecular. Las perturbaciones estructurales producidas por los ácidos grasos con insaturaciones cis sobre las membranas juegan un papel clave en la acción terapéutica que muestran estas moléculas, y nuestros resultados muestran, específicamente, el efecto del ácido oleico y el ácido 2-hidroxioleico, destacando las diferencias entre ambos que conducen a su diferenciada actividad terapéutica. En el caso de los carotenoides, resultan más relevantes, sin embargo, las perturbaciones que produce el entorno de la membrana celular o el fotosistema sobre su cadena conjugada. La conformación de esta cadena es la que marca la actividad antioxidante y espectroscópica de estas moléculas, lo que se relaciona con su acción terapéutica. Las propiedades espectroscópicas de los carotenoides resultan de gran importancia para explicar su acción biológica en fotosistemas y, por ello, se han estudiado más detenidamente para dos carotenoides: beta-caroteno y violaxantina. Hemos caracterizado, mediante cálculos DFT y DFT dependientes del tiempo (TD-DFT) y usando modelos armónicos, las superficies de energía potencial de los estados electrónicos de baja energía entre los que se produce el transito de dipolo permitido en estas moléculas, simulando además el correspondiente espectro electrónico con resolución vibracional por medio de técnicas de la espectroscopía computacional, en formulaciones independientes y dependientes del tiempo. Nuestros resultados proporcionan espectros electrónicos de estos carotenoides a temperatura criogénica y temperatura ambiente, que pueden compararse directamente con los experimentales.
In this Thesis, we perform the characterization of both fatty acids and carotenoids within relevant biological systems as cell membranes and photosystems. To that end, we apply computational techniques, both at quantum mechanics and molecular mechanics levels, which provide a detailed atomistic description of the chemical phenomena that take place within such environments. Concretely, in this work, models are constructed to characterize the antioxidant activity of carotenoids based on Density Functional Theory (DFT) calculations, and empiric force fields are also developed in order to describe the conformation and intermolecular interactions of fatty acids and carotenoids within the complex biological environments, thus allowing their simulations by means of molecular dynamics techniques. The structural perturbations produced by the fatty acids cis double bonds play a key role in the therapeutic mechanisms of these molecules, and our results show, specifically, the effect of oleic acid and 2-hydroxyoleic acid, highlighting the differences between them that eventually lead to their distinct therapeutic activity. In the case of carotenoids, however, the perturbations that the complex environment of the lipid bilayer or the photosystem induce on their conjugated chain reveals more important. The conformation of such hydrocarbon chain actually dictates the antioxidant and spectroscopic properties of these molecules, which, in turn, are related with their therapeutic activity. The spectroscopic properties of carotenoids are extremely important for their biological activity within photosystems and, therefore, they have been evaluated more in detail for two carotenoids: beta-carotene and violaxanthin. We have characterized, through DFT and Time Dependent DFT (TD-DFT) computations and using harmonic models, the potential energy surfaces of the low lying electronic states between which the allowed dipole transition in these molecules occur, also simulating the corresponding vibrationally resolved electronic spectrum by means of computational spectroscopic techniques, both adopting time independent and time dependent approaches. Our results provide the spectra at both cryogenic and room temperature, directly comparable with the experimental ones.

La degradación de las tierras de zonas áridas y semiáridas es un proceso que ocurre mundialmente y que va en aumento. Ha sido atribuido a eventos climáticos como a actividades antrópicas. Ya que la provincia de Mendoza se encuentra en una zona árida, se plantea llevar a cabo actividades de restauración en áreas degradadas. Para ello, es necesario conocer los atributos de las gramíneas nativas ya que son componentes importantes del estrato herbáceo. Leptochloa crinita es un pasto nativo del monte argentino que se comporta como especie pionera en sitios degradados, protege el suelo contra la erosión, posee una buena calidad forrajera, resistencia a la sequía y al pastoreo, lo que le confiere gran potencial para ser utilizada en restauración. En base a esto, la presente tesis tuvo como objetivo determinar y comparar el efecto del estrés hídrico sobre algunos mecanismos fisiológicos de seis genotipos de Leptochloa crinita, con el fin de identificar y seleccionar genotipos tolerantes para restaurar zonas áridas degradadas. Para ello se determinó el efecto del estrés hídrico en la partición de asimilados hacia la parte aérea y subterránea de las plantas de L. crinita. Por otro lado, se evaluó cómo afecta el estrés hídrico el área foliar, la conductancia estomática y el índice de clorofila en los distintos genotipos de L. crinita. Y, por último, se determinó, mediante fluorescencia de la clorofila, como se afecta el aparato fotosintético con el estrés hídrico en los distintos genotipos de L. crinita. El ensayo fue realizado en la parcela de la cátedra de Fisiología Vegetal. Los genotipos seleccionados fueron sembrados y mantenidos en invernáculo hasta que presentaron 5-6 hojas, luego fueron colocados a la intemperie para un periodo de rusticación y por último fueron llevados a campo. Se utilizó un diseño factorial 6 x 2 en parcelas divididas, con dos parcelas principales (testigo y estrés hídrico) y seis subparcelas (genotipos 1, 3, 5, 9, 18, 22) dentro de cada parcela principal. Los tratamientos fueron testigo y estrés hídrico, para evitar el contacto del agua de lluvia el suelo de la parcela experimental fue cubierto con polietileno negro de 200 micrones de espesor. Una vez por semana se determinó para 3 plantas de cada uno de los genotipos: conductancia estomática, índice de clorofila y eficiencia del fotosistema II. Al mismo tiempo, se realizaron cuatro muestreos cada 30 días aproximadamente, en cada muestreo se cosecharon 3 plantas por cada genotipo para ambas parcelas, y a su vez se colectó la parte aérea y subterránea de cada planta. En estos muestreos también se determinó el área foliar y el coeficiente de partición de materia seca. De acuerdo con los resultados obtenidos, es correcto aceptar la hipótesis de trabajo. Por lo tanto, concluimos que la respuesta al estrés hídrico de Leptochloa crinita es genotipo-dependiente. Esta respuesta se manifiesta mediante la expresión diferencial de algunos mecanismos fisiológicos como la partición de fotoasimilados, modificaciones del área foliar y conductancia estomática, como así también de algunos indicadores de daño oxidativo como el índice de clorofila y la eficiencia del fotosistema II. Los genotipos 1, 3 y 9 se desempeñaron mejor ante condiciones de déficit hídrico por lo que podrían ser utilizados para proyectos de restauración de áreas degradadas. Asimismo, el genotipo 9 demostró ser muy productivo aun en condiciones de estrés hídrico por lo que puede ser utilizado en zonas de baja precipitación como forraje para el ganado
Fil: Panasiti Ros, Juana. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Agrarias.

SOMMARIO Nelle piante superiori, nelle alghe e nei cianobatteri la fotosintesi clorofilliana dipende dall’attività di due supercomplessi proteici, il Fotosistema I (il centro PSI e la sua antenna, LHCI) e il Fotosistema II (il centro PSII e la sua antenna, LHCII). Ai fotosistemi sono legati cromofori che assorbono parte dello spettro solare trasferendo l’energia acquisita sino ai centri di reazione, ove avvengono la separazione di carica e le principali reazioni fotochimiche. I complessi fotosintetici sono localizzati su membrane dette tilacoidi, ripiegate in modo da formare due distinti domini: i grana impilati, connessi tra loro dalle membrane del secondo dominio, le lamelle stromatiche. Il PSII e LHCII sono principalmente localizzati nei grana impilati, mentre il PSI, più rapido, è localizzato nelle lamelle stromatiche. Queste strutture possono variare in dimensioni, e organizzazione, in riposta a fattori tra cui l’intensità luminosa, essendovi la necessità di bilanciare il massimo assorbimento con il rischio che si verifichi un eccesso di energia luminosa. La dissipazione non fotochimica dell’eccesso di energia per mezzo di calore (Non-Photochemical Quenching, NPQ) rappresenta la più veloce reazione. Le antenne del PSII, potendo passare da una configurazione di raccolta ad una di dissipazione dell’energia sono coinvolte anche nel meccanismo NPQ. La tesi riportata i risultati dello studio del ruolo dell’organizzazione del PSII, nella regolazione di NPQ; presenta un’analisi comparata con metodi di biochimici uniti ad una simulazione in silico, con lo scopo di chiarire il legame tra l’organizzazione della membrana tilacoidale e la regolazione della fase luminosa della fotosintesi. La parte I è incentrata sullo studio dell’organizzazione della membrana fotosintetica, dei fattori che la determinano, approfondendo il significato della dinamica della dissociazione reversibile di un complesso facente parte del PSII e della sua correlazione con il NPQ. Nel Capitolo 2 è discussa l’organizzazione della membrana tilacoidale, i fattori che determinano la separazione di PSI e PSII nei diversi domini e il significato della dinamica distribuzione della membrana tra di essi. Nel Capitolo 3 sono discussi i fattori che contribuiscono alla morfologia dei tilacoidi. I casi specifici di mutanti in cui sono assenti le antenne del PSII (chlorina-f2) o il core del PSII (viridis- 115) sono considerati per chiarire il loro ruolo nella morfologia dei tilacoidi. Il Capitolo 4 tratta dell’importanza delle interazioni tra i suoi componenti nella determinazione dell’organizzazione delle superfici dei grana. Il mutante viridis zb63, in cui è assente il PSI, presenta una drastica riduzione dell’antenna del PSII; al microscopio elettronico il PSII appare organizzato in strutture ordinate da cui sono desumibili le posizioni dei componenti rimasti tramite analisi single particle. In seguito è descritto uno studio riguardante i mutanti in cui sono assenti in modo specifico alcune antenne minori del PSII (CP24-, CP26- e CP24/26-). I risultati dimostrano come CP26 sia meno importante per l’organizzazione dei grana e più coinvolto nella fotoprotezione. L’assenza di CP24, viceversa, induce nei grana un’organizzazione cristallina simile a quella osservata in immagini di viridis zb63. Infine nel mutante CP24/26- si osserva la formazione di brevi catenelle di PSII e una separazione in microdomini ricchi di PSII o LHCII. I parametri fotosintetici sono influenzati in vario modo dall’assenza delle antenne minori, a partire dal tasso di trasporto elettronico e il NPQ (particolarmente limitati nel mutante CP24-), fino alla migrazione delle antenne dal PSII al PSI e viceversa (più veloce nei mutanti in cui CP24- e CP24/26-). Nel Capitolo 5 viene descritta la correlazione tra la dissociazione del complesso di membrana denominato B4C (formato dalle antenne minori CP24, CP29 e da un trimero di antenna), e l’induzione di NPQ. La proteina PsbS è fondamentale per l’attivazione dei meccanismi di NPQ e controlla l’associazione/dissociazione del B4C. Inoltre quando il B4C è presente la sua dissociazione è risultata necessaria al verificarsi di NPQ. I mutanti CP24- e CP29- hanno un livello ridotto di NPQ e non presentano B4C. L’osservazione diretta al microscopio elettronico ha permesso di correlare la dissociazione e l’associazione del B4C anche alla riduzione dello spazio tra PSII core in alta luce e al suo incremento durante il successivo recupero al buio. Il mutante npq4, in cui manca PsbS e dunque NPQ, non subisce alcuna riorganizzazione quando esposto alla luce. Concludiamo che PsbS interagisce con dei componenti del B4C, a indurre la riorganizzazione della membrana fotosintetica per adattarla alle variazioni dell’intensità luminosa sia sul breve che sul medio-lungo periodo. Nella Parte II il fenomeno della dissociazione reversibile del B4C è oggetto di uno studio in silico per verificare se una variazione nella forza delle interazioni tra proteine possa essere un fattore importante per l’instaurarsi della riorganizzazione nelle membrane dei grana tilacoidali. I Capitolo 6 tratta del movimento nelle cellule; nelle eucariote il movimento si basa principalmente sulla presenza del citoscheletro ed è caratterizzato da direzionalità e consumo di ATP. Nelle cellule procariote numerose molecole sono omologhe a quelle che permettono il movimento nelle eucariote e i processi biologici avvengano in modo analogo ma passivo, basato sulla diffusione e sulla polarità. Il Capitolo 7 sulla base dei principi individuati nel capitolo precedente, illustra le possibili strategie tra cui occorre scegliere per la creazione di un modello computazionale delle interazioni proteina-proteina a livello mesoscopico. Nel Capitolo 8 è riportato un lavoro di simulazione delle dinamiche di interazione tra proteine del PSII nella dissociazione reversibile della B4C. Il software Meredys è stato adattato ed utilizzato per simulare l’associazione e la dissociazione dei complessi e supercomplessi proteici nella membrana dei grana, con riferimento al fenomeno della dinamica del complesso B4C. Ogni elemento della simulazione rappresenta una proteina o un complesso proteico e l’attenzione è principalmente volta alla formazione e rottura dei legami con coefficienti consistenti con le evidenze sperimentali. Il processo di formazione della configurazione più abbondante per i supercomplessi, in cui due core, 4 trimeri antenna e 6 antenne minori sono combinati regolarmente, è simulato a partire da entità separate che rappresentano il core del PSII, i monomeri e i trimeri del suo complesso antenna. Il volume di simulazione è suddiviso tra uno spazio corrispondente alla superficie di un grana, al centro, in comunicazione con un altro che rappresenta il bordo verso la lamella stromatica, opportunamente popolati. La dinamica è discussa nelle condizioni che corrispondono al campione adattato al buio e al trattato ad alta luce. I risultati riproducono, nella distribuzione dell’orientamento e della distanza tra core di PSII più prossimi, i dati rilevati sperimentalmente nel lavoro sul complesso B4C e in altri, basati sulla microscopia elettronica. La modifica dei parametri concernenti le interazioni putativamente interessate dall’azione di PsbS, ha indotto una variazione nelle distanze analoga a quella misurata nel passaggio del campione adattato al buio in condizioni di alta luce. Inoltre i coefficiente di diffusione dei trimeri presenti nel complesso B4C è più basso nelle condizioni che ne favoriscono la dissociazione, in accordo con la formazione di microdomini in cui l’antenna separata viene segregata, in opposizione ad altri più ricchi in PSII con antenna ridotta. I risultati ottenuti avvalorano l’ipotesi che le interazioni proteina-proteina siano un fattore chiave per l’organizzazione dei grana tilacoidali e che il complesso B4C sia uno dei più importanti siti per le interazioni che regolano la risposta allo stress tramite NPQ.
SUMMARY In higher plants, algae and cyanobacteria the photosynthesis depends on the activity of two protein supercomplexes, the photosystem I (PSI core and its antenna LHCI) and the photosystem II (PSII core and its antenna LHCII). Several photosystem subunits bind chromophores to absorb sun light and transfer excitation energy to the reaction centers, where charge separation and the main photochemical reactions occur. Photosynthetic complexes are localized in thylakoids membranes, folded so that two distinct domains are formed: stacked grana domains, connected to each other by the second type of membrane domain, the stroma lamellae. PSII and its antenna are mainly located in stacked grana, while the faster PSI in stroma lamellae. These structures can vary in dimensions and organization, depending on factors such as light intensity, as there is a continuous need for balancing the absorbed energy with the formation of dangerous free radicals. The non-photochemical quenching of energy excess in the form of heat (NPQ) is the fastest response to the photooxidative stress. PSII antenna proteins, being able to assume a light-harvesting or a dissipative configuration are involved in the NPQ mechanism. This thesis presents the results of the study of the role of PSII organization in the regulation of photoprotection and NPQ; the analysis is a biochemical and in silico comparative analysis with the intent of clarifying the relation between thylakoids membrane organization and the light harvesting regulation. Part I is focused on the photosynthetic membrane organization and on its determining factors, delving into the meaning of the reversible dissociation of a complex comprised in PSII and into its correlation with the NPQ phenomenon. In Chapter 2 the organization of thylakoids membrane is discussed along with the factors that determine the separation of PSI and PSII in its compartments and the meaning of the dynamic distribution of the membrane among them. In Chapter 3 the factors that contribute to the morphology of thylakoid are discussed. The specific cases of mutants missing PSII antennae (chlorina-f2) or the PSII core (viridis-115) are considered to clarify their contribution in the morphology. Chapter 4 focuses on the importance of the interactions among PSII components in determining the grana membrane organization. The mutant viridis zb63, lacking PSI, a drastic reduction of PSII antenna size occurs. In electron microscopy investigation of the organization of the minimal PSII configuration under extreme stress, appearing as an ordered array, singular composing proteins are identified by single particle analysis. Subsequently, a study focused on specific PSII minor antennae knockouts (CP24-, and CP26- CP24/26-) is presented. CP26 appears to be less important for the organization and more involved in photoprotection. The absence of CP24, conversely, leads to the formation of ordered arrays on grana membranes similar to the figure observed in viridis zb63. Finally, in mutant CP24/26- the formation of short chains of PSII is observed along with microdomains enriched either in PSII or LHCII. The photosynthetic parameters are influenced in various ways by the deletion of minor antennas, starting from the rate of electronic transport and NPQ (especially limited in mutant CP24-), to the reversible migration of the PSII antenna to PSI (faster in mutants in which CP24 and CP24 - / 26 -). In Chapter 5 the dependence between the dissociation of the membrane complex called B4C (formed by the minor antennas CP24, CP29 and a LHCII trimer), and NPQ was studied by correlating the two phenomena: the PsbS protein is essential for the NPQ and controls the association/dissociation of the B4C. Conversely when the B4C is present its dissociation is necessary for the onset of the NPQ. The mutant lacking CP24 and CP29 have a reduced level of NPQ and do not present the B4C. Direct observation by electron microscopy allowed to directly correlate the dissociation and association of B4C to the reduction of the space between PSII core upon high light exposure, and to its increase upon successive recovery in darkness. The mutant npq4, which lacks PsbS and therefore NPQ, does not undergo reorganization upon light exposure. We conclude that PsbS interacts with components of B4C to induce the reorganization of the photosynthetic membrane to adapt to changes in light intensity on both short and long term. In Part II, the phenomenon of reversible dissociation of B4C is the subject of an in silico study to determine whether a change in the strength of interactions between proteins can be an important factor for the onset of the reorganization in grana membranes. In Chapters 6 and 7 two key issues for a simulation of protein-protein interactions in biological membranes are discussed. Movement in eukaryotic cells is based primarily on the presence of the cytoskeleton; its fibers interacts with molecular motors, characterized by directionality and by the consumption of ATP. The prokaryotic cell contains many molecules homologue to those which allow movement in eukaryotic cells and several biological processes occur in a similar, but passive, way exploiting concentration and polarity. Chapter 7, on the basis of the principles outlined in the previous chapter, outlines the possible strategies for creating a computational model of protein-protein interactions at a mesoscopic level, abstracting from atomic details. In Chapter 8 I presents my work in the simulation of the dynamics of the interactions between proteins of PSII in the reversible dissociation of B4C. The software Meredys, suitably adapted, was used to simulate at a mesoscopic level the association and dissociation of protein complex and supercomplexes on grana membranes, with a particular reference to the phenomenon of the dynamics of B4C complex, activated by energy dissipation mechanisms. Each element of the simulation represents a protein or a protein complex and the attention is mainly focused on the bond formation and dissociation with rates consistent with experimental evidences. The process of formation of the more abundant configuration (C2S2M2) of the supercomplexes, where two cores, 4 major antennas trimers and 6 minor antennas are regularly combined, is simulated starting from PSII cores and light harvesting complexes monomers. The simulation volume is divided between an area corresponding to the grana membrane in the center, in communication with another that represents the edge to the stroma lamellae, suitably populated. The dynamic is discussed, in conditions corresponding to the dark adapted sample and to the high light exposed one. The simulation reproduce in orientations and distances distributions between nearest neighbors PSII cores, the experimental results assessed in B4C investigation and in others, based on electron microscopy. The change of the parameters related to the interactions putatively affected by the action of PsbS, has triggered a change in distances similar to that measured in the passage of the dark adapted sample under high light. Moreover, the diffusion coefficient of LHCII-M trimers associated in B4C is lower in conditions leading to its dissociation, in agreement with the hypothetical formation of microdomains in which the separated antenna is segregated as opposed to other enriched in PSII with reduced antenna. These results support the hypothesis that protein-protein interactions are a key factor for the organization of the whole grana thylakoids and B4C is one of the most important sites for interactions that regulate stress response by NPQ.

35 h. ilus.; abls.; figuras. Contiene Referencia Bibliográfica
La sequía es el principal factor limitante de la productividad, estabilidad del rendimiento, calidad y cantidad de proteínas y aceites en soja (Gycine max L.) La caracterización de genotipos resistentes a la sequía es necesaria y requiere el estudio de diversos parámetros. El objetivo de este trabajo fue clasificar materiales de soja según su tolerancia al déficit hídrico y caracterizar los mecanismos subyacentes. Se evaluaron características fisiológicas y bioquímicas en 24 genotipos de soja en etapa vegetativa, observando su respuesta ante el estrés por sequía. En una primera instancia, se analizaron el contenido relativo de agua (CRA), contenido de prolina y clorofila a, y luego se seleccionaron 5 materiales que fueron analizados en mayor profundidad. Para clasificar los materiales, se calculó un Índice de Tolerancia al Estrés (ITE) para complementar el estudio. En esos materiales se determinó el área foliar, biomasa aérea y radical, verdor, temperatura foliar, capacidad antioxidante total no enzimática (FRAP), daño oxidativo de membranas (MDA) y eficiencia cuántica máxima (Fv/Fm). Según los resultados obtenidos, los genotipos más tolerantes a la sequía fueron el PI548510, LAE11139204, LAE11139203, PI48393, y PI339871A. En contraste, los genotipos Champaquí 5.7, Alim 3.44, Himeshirazu fueron los más sensibles. Se destacó la línea PI548510, por su mayor contenido de CRA, prolina y clorofilas en sequía. Mientras, el genotipo PI339871A mostró alto CRA y clorofilas y baja peroxidación de lípidos (MDA), lo que indicaría una reducción del daño oxidativo de membrana como posible mecanismo de tolerancia para ser estudiado en más profundidad. Estos resultados proporcionan la base para futuras investigaciones en estudios de tolerancia a la sequía en genotipos de soja.
Fil: Costamagna, Carla Antonella. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.
Fil: Costamagna, Carla Antonella. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Centro de Investigaciones Agropecuarias (CIAP); Argentina.
Fil: Costamagna, Carla Antonella. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales. Unidad de Estudios Agropecuarios (UDEA); Argentina.