Workshop Roma 12 Ottobre 2001

10.30	Apertura dell’incontro - D.Vento
10.40	UV radiation and cell damages - Imre Vass
10.55	Riparazione del danno da UV a scala molecolare, spettri d’assorbimento e spettri d’azione - Maurizio Severini, IFA-CNR (Roma)
11.10	Spettro solare e sorgenti artificiali di UV - A. di Sarra, ENEA, GEM-CLIM. Casaccia.
11.25	Apoptosi cellulare e radiazione UV - I. Silvestri
11.45	Strumenti di misura della radiazione UV - Andrea Anav IFA-CNR
12.00	Effetti della radiazione UV-B sui complessi fotosintetici dei cianobatteri - Lello Zolla, Università della Tuscia (Viterbo).
12.15	Effetti di alte intensità luminose sull’apparato fotosintetico di piante superiori - Sara Rinalducci, Università della Tuscia (Viterbo)
12.30	Aspetti metodologici per lo studio degli effetti dell'UV sulla vegetazione - Daniele Grifoni, La.M.M.A. - F.M.A. (Firenze)
12.45	Risultati di esperimenti di "pieno campo" di accresciute irradianze UV-B su specie vegetali - Gaetano Zipoli, La.M.M.A. - F.M.A. (Firenze)
13.00	INTERVALLO
14.00	“Biodevices” per lo studio degli effetti delle radiazioni su organismi fotosintetici al di sopra dell’atmosfera - Emanuela Pace, Ist. Biochim. ed Ecofis. Vegetale, CNR. (Monterotondo, Roma)
14.20	Misure di UV alle alte latitudini (Antartide, Polo Nord, Ushuaia) - Claudio Rafanelli, IFA-CNR.
14.35	Dosimetria UV - R. Sisto
14.55	La misura della radiazione ad onda corta (UV e PAR) in ecosistemi acquatici interni - Luca Bracchini, S. Loiselle e C. Rossi, Università di Siena.
15.10	Misure di UV in Italia (Lampedusa) A. di Sarra, ENEA, GEM-CLIM. Casaccia.
15.25	Spettrofotometria solare UVB: le stazioni di Roma ed Ispra - A.M. Siani, G.R. Casale, Dip. di Fisica, Università di Roma “La Sapienza” Julien Groebner, JRC- Environment Institute (Ispra, Varese)
15.40	Misure di radiazione UV nell’ambito del Servizio Meteorologico dell’AM - A. Galliani
15.55	Effetti della radiazione UV su popolazioni acquatiche - Maurizio Severini, IFA-CNR Roberta Alilla, Università della Tuscia (Viterbo)
16.15	DISCUSSIONE GENERALE
17.30	DISCUSSIONE GENERALE

Meccanismi di riparazione del danno da UV, spettri d’assorbimento e spettri d’azione
Maurizio Severini, IFA-CNR (Roma)

Il danno biologico più grave prodotto dai fotoni di radiazione UV-B è un danno al DNA. Se un fotone di questa radiazione viene assorbito da una base pirimidinica ( timina T o citosina C) contigua, nello stesso filamento di DNA, ad una base dello stesso tipo, tra le due basi si può formare un legame covalente. In questi casi si forma un dimero ‘pirimidinico’ (T-T o C-C) che rappresenta una grave lesione del DNA. Fortunatamente nella cellula sono attivi diversi meccanismi di riparazione di queste lesioni, che operano direttamente a scala molecolare. L’esistenza di questi meccanismi fa sì che lo spettro di assorbimento del DNA, quando viene usato per stimare il danno biologico della radiazione UV, dà luogo ad un errore sistematico in eccesso. Questa è una delle ragioni per cui, nella stima dei danni da UV, conviene riferirsi agli spettri d’azione. Tuttavia, il confronto tra uno spettro d’azione e lo spettro d’assorbimento di una molecola biologica può aiutare a scoprire la molecola responsabile del danno.

Spettro solare e sorgenti artificiali di UV
A. di Sarra, ENEA, GEM-CLIM. Casaccia.

Lo spettro della radiazione solare ultravioletta misurato alla superficie terrestre e' fortemente dipendente da parametri geometrici, quali l'angolo zenitale solare e la distanza Terra-Sole, e dalle proprietà dell'atmosfera (contenuto e distribuzione di ozono, nubi, particolato, altri costituenti minori). Le caratteristiche dello spettro solare verranno confrontate con quelle di sorgenti artificiali di radiazione ultravioletta utilizzate comunemente in esperimenti di laboratorio; verranno messe in luce le differenze più significative.

Strumenti di misura della radiazione UV
Andrea Anav IFA-CNR

L'accresciuto interesse per la radiazione UV ed i suoi effetti hanno posto in maniera decisiva il problema della corretta determinazione delle caratteristiche del campo radiativo a seconda dei fenomeni in esame. Si elencheranno brevemente caratteristiche e problematiche degli strumenti di misura della radiazione UV dividendoli per categorie: a larga banda, spettrali, con campo di vista limitato e per la misura dell'irradianza.

Effetti della radiazione UV-B sui complessi fotosintetici dei cianobatteri
Lello Zolla, Università della Tuscia (Viterbo).

Questo lavoro è volto a studiare l’organizzazione sovramolecolare dei ficobilisomi, il complesso deputato alla cattura della luce solare nel cianobatterio Synechocystis, e i possibili effetti degli stress ambientali su di essi. I ficobilisomi sono dissociati in una soluzione a bassa forza ionica ed utilizzando l’HPLC-ESI-MS è possibile effettuare una stima quantitativa dei componenti proteici. L’ultracentrifugazione dei ficobilisomi rileva 5 subcomplessi: la più leggera contiene quattro proteine linker più ficocianina libera, la seconda il core complex, mentre le ultime tre bande più pesanti contengono i rods. Tali complessi sono sottoposti ad irradiazione UV-B che distrugge in modo specifico la b-ficocianina ed un linker che porta alla perdita dei rods. Le due biline presenti nella b-ficocianina danno il maggior contributo all’assorbimento UV. Probabilmente esse reagiscono con l’ossigeno atmosferico formando specie radicaliche tossiche. Lo scheletro proteico è infatti protetto dal danno in condizioni anaerobiche ed in presenza di scavengers.

Effetti di alte intensità luminose sull’apparato fotosintetico di piante superiori
Sara Rinalducci, Università della Tuscia (Viterbo)

È ben noto da diverso tempo che la forte illuminazione di organismi fotosintetici porta ad una perdita della loro capacità fotosintetica. In questo lavoro è riportato il coinvolgimento di specie attive dell’ossigeno nella frammentazione delle proteine LHC (Light-Harvesting Complex) deputate all’assorbimento dell’energia luminosa per poi convogliarla al centro di reazione. Il sito primario di taglio avviene nella porzione idrofilica presente all’NH2-terminale delle proteine, dove i radicali dell’ossigeno attaccano casualmente e non su di un sito specifico. A differenza di quanto avviene per la proteina D1 del centro di rezione, le LHC vengono completamente degradate. Attraverso l’utilizzo di scavengers e mediante misure preliminari in EPR, sembra che gli ossigeni singoletto siano brevemente coinvolti, che i radicali ·OH e ·OR siano presenti ad alte intensità di luce, mentre gli anioni superossido e H2O2 non sono stati osservati. Viene inoltre indagata la possibile influenza dello stato conformazionale delle proteine in questione sul fenomeno osservato. Esperimenti condotti su foglie evidenziano la possibilità che le specie reattive dell’ossigeno giochino un ruolo in vivo nei processi di adattamento a breve termine delle piante.

Aspetti metodologici per lo studio degli effetti dell'UV sulla vegetazione
Daniele Grifoni, La.M.M.A. - F.M.A. (Firenze)

L'attenuazione della fascia di ozono stratosferico e il conseguente incremento della radiazione ultravioletta incidente sulla superficie terrestre hanno indotto allo studio dei possibili effetti provocati da questo fenomeno. Verranno illustrate le principali metodologie e problematiche inerenti lo studio degli effetti di accresciute irradianze UV sui sistemi biologici ed in particolare sui vegetali.

Risultati di esperimenti di "pieno campo" di accresciute irradianze UV-B su specie vegetali
Gaetano Zipoli, La.M.M.A. - F.M.A. (Firenze)

L'attenuazione della fascia di ozono stratosferico e il conseguente incremento della radiazione ultravioletta sulla superficie terrestre hanno determinato un crescente interesse del mondo scientifico allo studio dei possibili effetti sui sistemi biologici. In particolare verranno presentati i risultati ottenuti durante alcune campagne sperimentali condotte in condizioni di "pieno campo" dallo IATA-CNR di Firenze su alcune specie vegetali.

“Biodevices” per lo studio degli effetti delle radiazioni su organismi fotosintetici al di sopra dell’atmosfera
Emanuela Pace, Ist. Biochim. ed Ecofis. Vegetale, CNR. (Monterotondo, Roma)

Alghe, cianobatteri e piante superiori sono uniche nella biosfera in quanto sono in grado di utilizzare la luce per ottenere l’energia chimica. La loro naturale capacità di mantenere un’atmosfera ricca di ossigeno e produrre biomassa può essere sfruttata all’interno di stazioni spaziali.
Il nostro interesse è volto allo studio degli effetti delle radiazioni cosmiche e UV in particolare su alghe e cianobatteri. A tal fine verranno presentate strumentazioni realizzate per effettuare misure di efficienza fotosintetica durante missioni spaziali ASI e ESA.

Misure di Ozono e UV ad alte latitudini (Antartide, Ushuaia, Artide)
Claudio Rafanelli, IFA-CNR

Sono mostrate le attività che l'U.O. "Global Change" dell'IFA svolge nell'ambito del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide. Saranno sottolineate le problematiche strumentali e di misura ad elevate latitudini ed in ambienti estremi al fine del coretto monitoraggio della diminuzione dello strato di O3 e delle sue conseguenze sull'irradianza UV al suolo.

La misura della radiazione ad onda corta (UV e PAR) in ecosistemi acquatici interni.
Luca Bracchini, S. Loiselle e C. Rossi, Università di Siena.

La misura della radiazione solare UV (295nm, 400nm) e PAR (400nm, 700nm), in ecosistemi acquatici interni (ad esempio in laghi), non è stata eseguita con la stessa sistematicità con cui la si è effettuata in sistemi marini, in particolare alle latitudini polari. Nei nostri lavori abbiamo misurato la radiazione solareUV e PAR in due ecosistemi acquatici interni. Il primo, Lago del Salto, è situato in Italia ad una latitudine di circa 42°N; il secondo, Lago Iberà, si trova al nord dell'Argentina ad una latitudine di circa 20°S.
Si sono usati due strumenti per la rilevazione della Irradianza [Wm-2]. Il primo è uno spettroradiometro denominato PUV541 e misura la radiazione a 305nm, 313nm, 320nm, 340nm e 380nm [e quindi misura l'irradianza spettrale [Wm-2nm-1]. Il secondo è un radiometro PAR a banda larga. Le misure di radiazione hanno evidenziato che la radiazione UV, in questi due sistemi sono non trascurabili e possono influenzare il comparto biotico e abiotico degli ecosistemi.
Sono state evidenziate quali specie chimico fisiche presenti all'interno dei sistemi considerati, hanno maggiore importanza nel determinare l'attenuazione [m-1] della radiazione solare nel suo trasferimento, dalla superficie lungo la colonna di acqua considerata.

Misure UV in Italia (Lampedusa)
A. di Sarra, ENEA, GEM-CLIM. Casaccia.

Presso la Stazione di Osservazioni Climatiche dell'ENEA a Lampedusa (35.5 N, 12.6 E) vengono effettuate misure su lungo periodo di irradianza ultravioletta al suolo e di varie altre grandezze di interesse climatico. Gli spettri di irradianza ultravioletta sono misurati con uno spettrofotometro Brewer a doppio monocromatore. Verranno mostrati alcuni risultati, evidenziando il ruolo di ozono ed aerosol nella modulazione della radiazione ultravioletta.

Spettrofotometria solare UVB: le stazioni di Roma ed Ispra.
A.M. Siani, G.R. Casale, Dip. di Fisica, Università di Roma “La Sapienza”
Julien Groebner, JRC- Environment Institute (Ispra, Varese)

In Italia, dal 1992 sono operative le due stazioni spettrofotometriche di Roma ed Ispra che eseguono con continuita’ misure di ozono colonnare e di irradianza UVB rispettivamente sotto la responsabilità del gruppo G-Met del Dipartimento di Fisica dell’ Università’ di Roma “La Sapienza” e del Joint Research Centre (JRC)- Environment Institute. I valori osservati di ozono e di irradianza UVB vengono analizzati al fine di interpretare le tendenze e le fluttuazioni della radiazione ultravioletta nei siti di Roma e di Ispra.

Effetti della radiazione UV su popolazioni acquatiche.
Maurizio Severini, IFA-CNR
Roberta Alilla, Università della Tuscia (Viterbo)

La scomparsa di qualche decina di Specie di Anfibi da diverse zone della Terra e’ probabilmente una delle prime prove dell’impatto del cambiamento del clima sulla biosfera. Inoltre, ci sono ormai prove sufficienti per sostenere che qualche centinaio di Specie di Anfibi sono in costante declino a scala globale. Un fenomeno a scala globale va spiegato con una causa alla stessa scala e molti scienziati puntano il dito sull’aumento della radiazione ultravioletta connesso all’assottigliamento dello strato di ozono stratosferico.
Si presentano i risultati di un esperimento che mostrano un meccanismo attraverso il quale la radiazione UV-B può causare il declino degli Anfibi e di altre popolazioni acquatiche peciloterme.

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Fisica e biologia dei rischi ambientali da radiazioni ultraviolette