Clase-Pigmentos-FITO2010

Aspectos fisiológicos:
tipos y papel de pigmentos

Cylindrospermopsis raciborskii
Chlorella nivalis

Funciones:
PIGMENTOS
1- FOTOSÍNTESIS Absorción en rango visible de la
radiación solar (principalmente): 400-700nm
2- PROTECCIÓN: Protección frente a altas intensidades de luz
o radiación UV (“quenching”, blanqueadores)
3- RESERVA de nutrientes
Pigmentos presentes en el fitoplancton:
1- CLOROFILAS
2- CAROTENOIDES (xantofilas, carotenos)
3- FICOBILINAS
Existen más de 50 pigmentos algales diferentes
(Rowan, 1989, Zapata et al 2004)

PIGMENTOS FOTOSINTETIZADORES:
Clorofila a
Pigmentos accesorios o cosechadores (light harvesting):
Clorofilas accesorias: b, c y d
Carotenoides y Ficobilinas
PIGMENTOS FOTOPROTECTORES (disipación de la energía
excesiva)
Carotenoides
Scytoneminas en Cyanobacteria filamentosas (NO en el
plancton): absorben luz (filtros)
Composición pigmentaria: indicador taxonómico y fisiológico

fitol
Clorofilas: a, b y c
Clorofilas: Complejo magnesio-profirina
Chl-a y Chl-b: con larga cadena de fitol (alcohol)
Cl-c: no tienen
fitol

Larkum 2005
Clorofila - d
Derivada de la Cl-a
Acaryochloris marina,
Cyanobacteria con Chl-d:
tilacoides anillados
•Absorbe en longitudes próximas al
infrarrojo (700 – 730 nm).
•Reemplaza a la Cl-a

Otros pigmentos- características
LIPOSOLUBLES – pigmentos accesorios y de protección
• Carotenoides: Largas moléculas poli-isoprenoles con dobles enlaces
conjugados; anillo de ciclohexano en los extremos
CAROTENOS: no tienen O 2 Ej. - caroteno
XANTOFILAS: oxigenados Ej. zeaxantina, fucoxantina
HIDROSOLUBLES – pigmentos accesorios
• FICOBILINAS: son tetrapirroles lineares conjugados con proteínas.
Ficoeritrina y ficocianina

lumen
PSII PSI Membrana tilacoide
stroma
clorofila
http://vcell.ndsu.edu/animations/photosynthesis/photosystemII_01.htm
ATP-sintetasa
PSII
stroma

Pigmentos – ubicación y función
Ficobilinas: cadenas tetrapirrólicas + proteínas
Pigmentos accesorios de Fotosíntesis
Ciano
Memb ext
tilacoide
Crypto
lumen
Transferencia de la energía:
FICOERITRINA FICOCIANINA ALOFICOCIANINA Cl-a (PSII)

Cómo se distribuyen los pigmentos entre los
grupos fitoplanctónicos?

Cianobacterias con Clo-a y Clo-b
Árbol filogenético de
CYANOBACTERIA
en donde se indican las
Cyanobacteria c/Clo-b
(ex-Prochlorophyta):
NO CONSTITUYEN UN
GRUPO HOMOGÉNEO
La clo-b evolucionó
varias veces en
Cyanobacteria
Tomado de
Graham&Wilcox
2000

Clorofilas
Tomado de:
Falkowski et
al 2004
Science 305

Grupos fitoplanctónicos señales pigmentarias
Grupos Clorofilas Principales xantofilas y ficobilinas
Cyanobacteria Cl-a, (Cl-b, Cl-d)
Divinil-clorofilas a y b
-Todas: zeaxantina, echinenone, FICOBILINAS
-Filamentosas: myxoxantofila, oscillaxantina,
cantanxantina
Euglenophyta Cl a, Cl-b Diadinoxantina Heteroxantina, neoxantina,,
diatoxantina
Cryptophyta Cl a, Cl-c 2
(MgDVP)
Aloxantina, crocoxantina, FICOBILINAS
Chrysophyceae Cl a, Cl c 1, c 2 Fucoxantina, violaxantina, anteraxantina
Diatomeas Cl a, Cl c 1, c 2, c 3
(MgDVP)
Dinoflagelados Cl a, Cl c 1, c 2, c 3
(MgDVP, c 2-MGDG)
1-Chlorophyceae
2-Prasinophyceae
(Grupo III)
Grupo c/Chl b
1- Cl-a, Cl b
2- Cl-a, Chl b,
MgDVP
Fucoxantina, diadinoxantina, diatoxanhtin
Peridinina, fucoxantina, HFU, BFU, geroxantina,
zeaxantina
1- lutein, violaxantina, neoxantina, zeaxantina,
anteraxantina
2-prasinoxantina, micromonol, micromonal,
uriolide, luteína, zeaxantina
Jeffrey et al 1997 y otras fuentes

Composición pigmentaria de una
comunidad de fitoplancton
Ejemplo: Laguna de Castillos – picoplancton (< 3µm) (mayo 2005)
Absorbancia (450 nm)
MgDVP
Cl c 2 Cl c 1
carot.
fucoxantina
0 10 20 30 40
Tiempo (min)
diadinoxantina
cis-neo.
pras.
viol.
Cl b
alloxantina
zeax.
luteína
croco.
Cl a
carot.
carot.
Bonilla et al datos no publicados
Quimiotaxonomía

Espectros de absorción del organismo
Diferencias son explicadas por la composición pigmentaria

Fisiología: protección al UV
Pigment indices
(µg pigment µg total pigments -1 )
Fitoplancton de latitudes extremas:
10
+ expuestas al UV + carotenoides fotoprotectores
0.6
0.3
0.0
N.Quebec Alaska Cornw.I Ellesm-1 Ellesm-2
Regions
CDOM a 320 nm
UV (%) in lake bottom
30
20
0
100
75
50
25
0
N.Quebec Alaska Cornw.I Ellesm-1 Ellesm-2
Regions
Photosynthetic
PSC TPig
Photoprotective
PPC TPig
Bonilla, et al 2009

Carotenoids ratio to Chl a
Fisiología: variabilidad frente a cambios
en la intensidad de luz
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
Car1
Car2
20 mol photon m -2 s -1
Lut
Zea
Car 3
Carotenoids
b-car
Echi
Cylindrospermopsis
Planktotrhix
Apha
Carotenoids ratio to Chl a
3.5
3.0
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
Car1
100 mol photon m -2 s -1
Car2
Lut
Zea
Car 3
Carotenoids
b-car
Echi
Apha
Respuesta pigmentaria
puede explicar distribución
en el ambiente

Pigmentos e interacciones tróficas
Depredadores obtienen pigmentos de la dieta
Qué restricciones puede tener un copépodo rojo para
sobrevivir?

Depredadores
pueden
acumular
carotenoides
de sus presas
(fitoplancton) y
transformarlos.
Función:
Protección
Reserva de
alimento
Percentage of all carotenoids
80
60
40
20
0
80
60
40
20
0
80
60
40
20
0
Astaxanthin
Echinenone
Canthaxanthin
Polyartemiella hazeni
Branchinecta paludosa
Artemiopsis stefanssoni
Polyphemus pediculus
Scapholeberis mucronata
Daphnia middendorfiana
Leptodiaptomus minutus
Diaptomus pribilofensis
Heterocope septentrionalis
Hesperodiaptomus arcticus
Lepidurus arcticus
Species
30
25
20
15
10
5
0
30
25
20
15
10
5
0
Zeaxanthin
Fucoxanthin
Polyartemiella hazeni
Branchinecta paludosa
Artemiopsis stefanssoni
Polyphemus pediculus
Scapholeberis mucronata
Daphnia middendorfiana
Leptodiaptomus minutus
Diaptomus pribilofensis
Heterocope septentrionalis
Hesperodiaptomus arcticus
Lepidurus arcticus
Anostraca
Cladocera
Copepoda
Notostraca
Species
Rautio, Bonilla & Vincent 2009

Fase inmóvil
A
B
Tiempo
HPLC
Metodología:
Cromatografía líquida de alta definición (High
Performance Liquid Chromatography, HPLC) permite:
Identificar, Caracterizar, Cuantificar, Séparar y purificar
Fase móvil
A
B
ABS.
nm
Espectro de absorción
A B
Tiempo