Environmental Physical Agents

PLoS One. 2009 May 21;4(5):e5649.
Light induced changes in protein expression and uniform regulation of transcription in the thylakoid lumen of Arabidopsis thaliana.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19461964?itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_RVDocSum&ordinalpos=6

Granlund I, Hall M, Kieselbach T, Schröder WP.
Department of Chemistry, Umeå University, Umeå, Sweden.
In plants oxygenic photosynthesis is performed by large protein complexes found in the thylakoid membranes of chloroplasts. The soluble thylakoid lumen space is a narrow and compressed region within the thylakoid membrane which contains 80-200 proteins. Because the thylakoid lumen proteins are in close proximity to the protein complexes of photosynthesis, it is reasonable to assume that the lumen proteins are highly influenced by the presence of light. To identify light regulated proteins in the thylakoid lumen of Arabidopsis thaliana we developed a faster thylakoid preparation and combined this with difference gel electrophoresis (DIGE) of dark-adapted and light-adapted lumen proteomes. The DIGE experiments revealed that 19 lumen proteins exhibit increased relative protein levels after eight hour light exposure. Among the proteins showing increased abundance were the PsbP and PsbQ subunits of Photosystem II, major plastocyanin and several other proteins of known or unknown function. In addition, co-expression analysis of publicly available transcriptomic data showed that the co-regulation of lumen protein expression is not limited to light but rather that lumen protein genes exhibit a high uniformity of expression. The large proportion of thylakoid lumen proteins displaying increased abundance in light-adapted plants, taken together with the observed uniform regulation of transcription, implies that the majority of thylakoid lumen proteins have functions that are related to photosynthetic activity. This is the first time that an analysis of the differences in protein level during a normal day/night cycle has been performed and it shows that even a normal cycle of light significantly influences the thylakoid lumen proteome. In this study we also show for the first time, using co-expression analysis, that the prevalent lumenal chloroplast proteins are very similarly regulated at the level of transcription.
RecName: Full=Plastocyanin A'/A''; [Nicotiana tabacum (Common tobacco)]
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RecName: Full=Plastocyanin A'/A''_ [Nicotiana tabacum (Common tobacco)]

>PLAS1_TOBAC
1 IEVLLGSDDG GLAFVPGNFS VSAGEKITFK NNAGFPHNVV FDEDEIPAGV DVSKISMSEE
61 EYLNGPGETY SVTLSEKGTY TFYCAPHQGA GMVGKVTVN

name # wt vol vbar mol% wt% vol% vbar%

ala 6 426,48 531,60 4,49 6,06 4,09 4,24 6,34
cys 1 103,14 108,50 0,63 1,01 0,99 0,87 0,89
asp 5 575,45 555,50 2,89 5,05 5,52 4,44 4,09
glu 9 1162,08 1245,60 5,79 9,09 11,14 9,95 8,18
phe 6 883,08 1139,40 4,64 6,06 8,46 9,10 6,56
gly 13 741,78 781,30 8,22 13,13 7,11 6,24 11,61
his 2 274,30 306,40 1,34 2,02 2,63 2,45 1,89
ile 4 452,68 666,80 3,54 4,04 4,34 5,32 5,00
lys 5 640,90 843,00 3,94 5,05 6,14 6,73 5,57
leu 5 565,85 833,50 4,42 5,05 5,42 6,66 6,25
met 2 262,42 325,80 1,49 2,02 2,52 2,60 2,11
asn 6 684,66 706,20 3,71 6,06 6,56 5,64 5,25
pro 5 485,60 613,50 3,79 5,05 4,65 4,90 5,36
gln 1 128,14 143,90 0,67 1,01 1,23 1,15 0,95
arg 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
ser 8 696,64 712,00 4,90 8,08 6,68 5,69 6,93
thr 6 606,66 696,60 4,13 6,06 5,81 5,56 5,84
val 11 1090,54 1540,00 9,32 11,11 10,45 12,30 13,16
trp 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
tyr 4 652,72 774,40 2,85 4,04 6,26 6,18 4,02
tot 99 10433,12 12524,00 70,77 100,00 100,00 100,00 100,00

Ultraviolet (UV)
light is electromagnetic radiation with a wavelength shorter than that of visible light and a higher energy. It is so named because the spectrum consists of electromagnetic waves with frequencies higher than those that humans identify as the color violet.

Tutte le persone sono esposte quotidianamente a una certa dose di radiazioni ultraviolette (UV), in gran parte derivanti dal Sole, ma anche da fonti artificiali in campo industriale, commerciale o nel tempo libero. Le radiazioni UV coprono quella porzione dello spettro elettromagnetico con una lunghezza d’onda compresa tra 100 e 400 nanometri (nm) e si dividono in tre categorie principali:
• UVA (315-400 nm)
• UVB (280-315 nm)
• UVC (100-280 nm).

Sono diversi i fattori che condizionano la quantita' di radiazioni solari che giungono sulla Terra. A partire dalle condizioni atmosferiche, in primo luogo dalla distribuzione verticale dell’ozono stratosferico, che alle medie latitudini raggiunge un massimo all’inizio della primavera e un minimo alla fine dell’autunno, e cresce progressivamente se ci si sposta dall’equatore alle latitudini piu' elevate. Dalla presenza di nubi, dalla quota cui ci si trova e dall’inquinamento atmosferico provocato soprattutto dai gas e dagli aereosoli. Meno conosciuti sono invece i fattori geometrici che influenzano la variabilita' delle radiazioni UV misurate al suolo. In primo luogo la declinazione solare, cioe' l’angolo formato dalla linea che congiunge il centro della Terra al centro del Sole e il piano equatoriale terrestre, e la cui variazione spiega l’alternanza fra le stagioni. La radiazione che arriva sulla Terra e', poi, inversamente proporzionale al quadrato della distanza che esiste fra Terra e Sole, che varia in base dell’ellissi dell’orbita terrestre. Un altro angolo da calcolare e' quello zenitale, che identifica la posizione del Sole rispetto a una superficie orizzontale e puo' essere calcolato tracciando la linea che congiunge il Sole con l’osservatore e la verticale all’osservazione. Per finire, un altro dato che non si puo' trascurare e' quello dell’albedo: ovvero il rapporto, compreso tra 0 e 1, tra l’energia che viene riflessa da una superficie e l’energia diretta (o diffusa) incidente. Strettamente legata all’ambiente in cui si prende il sole. Dati sperimentali dimostrano che solo il 3% dei raggi viene riflessa da un prato verde, a fronte del 18% della sabbia, il 22% dell’acqua e 80% della neve fresca. Il dato dell’energia incidente e' molto importante ai fini della protezione solare in quanto essa rappresenta la quantita' totale di radiazione UV che raggiunge la superficie della pelle. Rappresentata per il 95% da radiazioni ultraviolette di tipo A (320-400 nm) e dal 5% da radiazioni ultraviolette di tipo B (280-320 nm)
Fattori influenzanti l'intensità delle radiazioni UV

L'energia delle radiazioni UV (a differenza di quella delle radiazioni visibili e delle infrarosse), assorbita dai tessuti biologici puo' produrre, superati taluni livelli di esposizione, effetti di natura termica e di natura chimica, che possono provocare danni irreversibili spezzando i legami chimici tra le molecole formanti i tessuti.
Energia delle radiazioni UV ed energia di legame nei tessuti [209_85_135_104]

SOLE E VITAMINA D

La vitamina D è un composto liposolubile, che viene idrolizzato all’interno dell’organismo umano al fine di produrre una forma attiva che agisce sull’omeostasi del calcio, uno dei processi fondamentali che avvengono nel corpo umano. Questa sostanza agisce favorendo:
-l’assorbimento del calcio a livello intestinale;
-il riassorbimento del calcio e del fosforo nel tubulo contorto prossimale;
-la deposizione del calcio a livello del tessuto osseo.

A livello cutaneo si trovano due precursori, il 7-DEIDROCOLESTEROLO (un derivato del colesterolo) e l’ERGOSTEROLO (derivato di origine vegetale che viene assunto tramite l’alimentazione): grazie all’azione delle radiazioni solari che colpiscono la pelle, queste due provitamine subiscono una trasformazione biochimica detta fotolisi, diventando rispettivamente COLECALCIFEROLO (VIT. D3) ed ERGOCALCIFEROLO (VIT. D2); in seguito tali sostanze subiscono ulteriori idrossilazioni da parte di enzimi epatici e renali, che le porteranno a trasformarsi definitivamente nella forma attiva: il 1,25-DIIDROSSICOLECALCIFEROLO ( o [1,25(OH)2COLECALCIFEROLO] ).

ERGOCALCIFEROLO
COLECALCIFEROLO
1,25-DIIDROSSICOLECALCIFEROLO

L’1,25-(OH)2-colecalciferolo stimola la sintesi della CaBP (proteina che trasporta il calcio) nell’organo bersaglio (ossia l’enterocita), intervenendo a livello della trascrizione del DNA intestinale che codifica per la proteina e della RNA polimerasi plasmatica.
In questo modo viene sintetizzato nuovo RNA che favorisce la sintesi di CaBP necessaria per favorire l’assorbimento del calcio.

Le prime alterazioni, in caso di deficienza di vitamina D (situazione che può presentarsi in soggetti che non si espongono al sole), consistono in diminuzione dei livelli sierici di calcio e fosforo con conseguente iperparatiroidismo secondario ed aumento della concentrazione di fosfatasi alcalina.
Successivamente si hanno alterazione dei processi di mineralizzazione con rachitismo (nel bambino) ed osteomalacia (nell’adulto) e debolezza muscolare, deformazione ossea e dolori. Alcuni Studi del 2006 hanno portato alla luce come la carenza di vitamina D possa essere collegata con la sindrome influenzale.
Un’elevata concentrazione ematica di 25-0H-D durante l’infanzia è correlata positivamente a una più elevata densita’ minerale ossea nell’età adulta; inoltre la concentrazione di questo metabolita è correlata alla BMD positivamente sia negli uomini, sia nelle donne di tutte le razze .
Un’esposizione al sole di 10-15 minuti durante la giornata, e’ sufficiente ad assicurare un buon apporto di tale sostanza all’organismo, specie durante l’estate, quando il corpo “accumula” forti dosi di vitamina D, sufficienti a compensare la diminuita produzione durante il periodo invernale.

Tanning is associated with optimal vitamin D status (serum 25-hydroxyvitamin D concentration) and higher bone mineral density. 2004

IL SOLE CONTRO I TUMORI (ancora vitamina D...)

È ragionevole e parzialmente dimostrato che il razionale fisiologico che correla l’esposizione ai raggi solari e l’effetto benefico nei confronti della patologia neoplastica sia legato al metabolismo della vitamina D

SOLE E SISTEMA IMMUNITARIO

Le radiazioni solari, aumentando la temperatura dei tessuti superficiali del corpo, favoriscono un incremento della vascolarizzazione cutanea, il che provoca un maggiore richiamo di tutte le sostanze presenti nel sangue, con aumento delle attività ad esse collegate, quale ad esempio la cicatrizzazione.
Inoltre le radiazioni solari hanno attività battericida a livello della superficie cutanea: nelle cellule microbiche esposte a radiazioni, a livello del Dna si formano dimeri di timina che inattivano tutti i normali meccanismi di sintesi proteica con morte del microrganismo. I raggi UV hanno effetto biocida quasi istantaneo e non danno luogo a prodotti secondari tossici o comunque nocivi.

SOLE E UMORE

È noto dalla letteratura scientifica come l’esposizione ai raggi solari abbia un marcato effetto sull’umore. È riportato infatti che, oltre al beneficio legato all’effetto cosmetico dell’esposizione (abbronzatura), esista anche un effetto indipendente associato a sensazioni di miglior stato di salute, energizzante e ricostituente. Alcuni studi hanno cercato di individuare la causa biochimica e fisiologica di questo effetto benefico; alla radiazione ultravioletta è stata infatti attribuita la capacità di stimolare la sintesi endogena di peptidi oppioidi, che potrebbero costituire una delle ragioni di aumentato senso di benessere postesposizione
Una spiegazione dell’effetto rilassante e ricostituente della radiazione UV, è stata proposta da Lambert et al. su The Lancet. Il gruppo di ricerca ha dimostrato una forte relazione tra l’esposizione ai raggi solari e il turnover di serotonina sintetizzata a livello cerebrale. Questa osservazione, inoltre, giustificherebbe la variazione stagionale dello stato d’animo e disordini stagionali dell’umore, mettendoli in evidente relazione con la modificata attività serotonergica cerebrale in relazione alla quantità e all’intensità, diversa nel corso dell’anno, della radiazione UV solare

SEROTONINA

Effetti del sole sull'umore

PHOTOTERAPY

The use of UV irradiation has been proposed for different purposes

• To increase body VitaminD level
  • Treatment of vitamin D deficiency with UV light in patients with malabsorption syndromes: a case series. 2007
• As antidepressive
  • Increased levels of enkephalin following natural sunlight (combined with salt water bathing at the Dead Sea) and ultraviolet A radiation. 1998
• for dermatological pathologies (or symptoms correlated to systemic pathologies)
  • Clinical efficacy of narrow band ultraviolet bin combined with yuyin recipe in treating psoriasis vulgaris
  • Uremic pruritus
• per l'ittero del neonato
  • Iperbilirubinemia neonatale