ESCALA DE UN MAPA

Escala gráfica, numérica y unidad por unidad

 La escala es la relación matemática que existe entre las dimensiones reales y las del dibujo que representa la realidad sobre un plano o un mapa. Es la relación de proporción que existe entre las medidas de un mapa con las originales.

VER: https://www.youtube.com/watch?v=W9qSKCI_4ng

• La escala numérica representa la relación entre el valor de la representación (el número a la izquierda del símbolo ":") y el valor de la realidad (el número a la derecha del símbolo ":") y un ejemplo de ello sería 1:100.000, lo que indica que una unidad cualquiera en el plano representa 100 000 de esas mismas unidades en la realidad, dicho de otro modo, dos puntos que en el plano se encuentren a 1 cm estarán en la realidad a 100 000 cm, si están en el plano a 1 metro en la realidad estarán a 100 000 metros, y así con cualquier unidad que tomemos.
• La escala unidad por unidad es la igualdad expresa de dos longitudes: la del mapa (a la izquierda del signo "=") y la de la realidad (a la derecha del signo "="). Un ejemplo de ello sería 1 cm = 4 km; 2 cm = 500 m, etc.

• La escala gráfica es la representación dibujada de la escala unidad por unidad, donde cada segmento muestra la relación entre la longitud de la representación y el de la realidad. Un ejemplo de ello sería: 0_________10 km

Fórmula más rápida: N=T/P Donde: N: Escala; T: Dimensiones en el terreno (cm, m); P: Dimensiones en el papel (cm, m); ambos deben estar en una misma unidad de medida.
VER. http://www.geogra.uah.es/gisweb/1modulosespanyol/EntradaDatosGeograficos/SDEModule/SDE_Theory_maps.htm


VER VIDEO.
https://www.youtube.com/watch?v=8r5ZNz4burM

 VER Y ANALIZAR :
ESCALAS 
http://www.claseshistoria.com/bilingue/1eso/earthplanet/representation-scale-esp.html

La numérica

Se expresa mediante una fracción que indica la proporción entre la distancia entre dos lugares señalados en un mapa y su correspondiente en el terreno.

Distancia en el mapa
--------------------------------
Distancia en la realidad

Normalmente se expresa en relación con la unidad, así una escala 1:50.000 (también puede expresarse 1/50.000) significa que cada unidad del mapa corresponde en la realidad a 50.000. Si la unidad es 1 cm, quiere decir que ese centímetro del mapa equivale a 50.000 en la realidad.

O lo que es lo mismo:

1cm
-----------------------
50.000 cm

Antendiendo a lo anteriror, responde a esta pregunta: ¿Qué medida tendría en la realidad una distancia de 3 cm representada en un mapa a escala 1:50.000? Ver respuesta

La escala gráfica

Representa lo mismo que la numérica, pero lo hace mediante una línea recta o regla graduada. Colocando la escala sobre el mapa, puede calcularse la distancia real existente entre dos puntos.

En la escala de abajo, la longitud total de la línea segmentada es 200 Km, en tanto que cada fracción de la misma puesta sobre el mapa equivale a 50 Km en la realidad.

0     50   100  150  200 |-----|-----|-----|-----| Km

El tamaño de la escala

Los mapas a gran escala definen con mayor detalle la realidad que representan que los mapas a pequeña escala. Es el caso de los mapas topográficos.

Se habla de mapas a gran escala cuando la relación es hasta 1/100.000. Se utilizan para representar países, regiones o áreas poco extensas. A partir de esa cifra, podemos hablar de mapas a pequeña escala. Éstos se emplean para plasmar continentes, hemisferios, planisferios, etc, es decir, grandes áreas de la superficie de la tierra.

ESCALA	Grande	Mediana	Pequeña
Relación	Desde 1/10.000 a 1/50.000	Desde 1/50.000 a 1/500.000	Desde 1/500.000 a 1/50.000.000
TIPO DE MAPA	Ciudades, pueblos, comarcas	Regiones o países no muy extensos	Países grandes, continentes, mapamundis

MAPAS

¿Qué son los mapas?
Los mapas son representaciones planas de una parte o de la totalidad de la superficie terrestre. Es una representación, es decir no es la realidad exacta. Es como una foto tuya donde no eres tú sino una representación plana de ti mismo (a)
Cuantas veces hemos dibujado un mapa para “decirle a un amigo como llegar a nuestra casa” hemos dibujado lo que vemos. Pues bien, el mapa es eso una representación plana de la superficie completa de la tierra o de solo una parte de ella.

La representación plana de la Tierra tiene una importante dificultad; la Tierra es redonda (en realidad es un ovoide, abultada en el centro y achatada en los polos). Esta dificultad se resolvió con largos años de trabajo, a través de las proyecciones cartográficas.

Existen tres tipos básicos de proyecciones: la cilíndrica, la cónica y la cenital o azimutal. Observa y lee con atención las imágenes y las leyendas que se presentan a continuación:

Como puedes, ver ninguna de las representaciones de la Tierra es exacta. Por lo tanto, se utilizarán los distintos tipos de proyecciones, dependiendo del objetivo que se persiga. Por ejemplo si quiero representar de mejor forma mi país tal vez la proyección azimutal será la adecuada más que la cónica.
Pese a la dificultad que presentan las proyecciones cartográficas, los mapas siguen siendo un método de extraordinaria importancia para representar a la Tierra, establecer límites, conocer la dimensión de los continentes y de los países, apreciar la distribución de los océanos y los climas, entre muchas otras cosas.

  Componentes de los mapas
 Los mapas al ser una representación, necesitan de elementos que ayuden a descifrar lo que quieren decir. Algunos de los componentes de los mapas son:

2.1- Escala
En palabras simples, la escala de los mapas es el número de veces en que  estos son “achicados” para representar la realidad. Puesto que si te has dado cuenta, una foto tuya difícilmente es de tamaño natural, y muestra solo una parte de ti. ¿te imaginas las dificultades que tendríamos si los mapas fueran de tamaño natural?.
Tradicionalmente, los mapas han sido clasificados según su escala  en planos, cartas y mapas. Un plano tiene una escala de no más de 1:25.000. Una carta tiene una escala entre 1 : 25.000 y  1:250.000, y un mapa tiene una escala por sobre 1:250.000.

- La escala es una proporción matemática entre el tamaño real y el representado en el mapa.
- La escala es el número de veces que la realidad ha sido reducida.

Cuando lo que buscamos es representar con gran precisión lo que existe en un área pequeña, debemos usar escalas inferiores a 1:25.000. Por el contrario, si lo que interesa es representar amplias zonas utilizaremos escalas superiores a 1:250.000.
 Generalmente, la escala se expresa a través de una proporción:

1:100.000.

Esta escala quiere decir que un centímetro del mapa equivale a 100.000 centímetros de la realidad.
Como habitualmente no nos referimos a las distancias en centímetros, las escalas se convierten a kilómetros. Por lo tanto, una escala 1:100.000 significa que 1 cm del mapa (en el papel) corresponde a 1 km de la realidad.
La escala también puede representarse gráficamente a través de una barra graduada que nos proporciona la misma información:

- ¿Cómo se logra saber la escala de un mapa?

Para  lograr esta información se requiere ocupar la formula:

2.2- Título
Hay algunos mapas que lo poseen. El título es el nombre de lo que quiere representar el mapa. Por lo general se encuentra en el centro superior del mapa y nos sitúa sobre la información que nos quiere entregar el mapa. Por ejemplo: Mapa de la delincuencia de La Serena, es un mapa que nos proporcionará información acerca de los lugares más peligrosos de la ciudad.

2.3- Leyenda o simbología

Es un recuadro por lo general ubicado  al ladro derecho de los mapas. Este recuadro nos explica cada uno de los símbolos, colores, líneas, figuras que  usamos en los mapas para representar la realidad.

  Planos

El plano es un dibujo que representa un lugar visto desde arriba. Ese  lugar puede ser una habitación, una casa, una localidad...

Se utiliza para para situarnos y orientarnos correctamente.

En el plano de la localidad se representan los elementos físicos que hay en ella, por ejemplo, los edificios, calles, plazas.

Cada elemento se representa por un símbolo. Se suelen utilizar diferentes colores y símbolos para representar las calles, casas, árboles. El significado de estos colores y símbolos que se utilizan se explican en la leyenda.

4.1- Cada plano debe llevar una escala y unos símbolos

La escala expresa el número de veces que un elemento ha sido reducido para representarlo en el plano.

Los símbolos nos indican los lugares representados. Estos símbolos se llaman signos convencionales porque son aceptados por todas las personas y significan siempre lo mismo.

FUENTE:  http://www.portaleducativo.net/pais/mx/quinto-basico/537/Mapas-y-planos

VER :
http://www.inegi.org.mx/inegi/contenidos/espanol/prensa/Boletines/Boletin/Comunicados/Especiales/2014/Abril/comunica.pdf

LUZ VISIBLE

¿Cuáles son las propiedades del espectro de luz visible?

 

La luz visible se define como la parte del espectro electromagnético que es detectable por el ojo humano.

Thomas Northcut/Photodisc/Getty Images

El espectro electromagnético está compuesto de ondas de luz de longitudes de entre 10^-16 a 10^8 metros; de las cuales, la mayor parte es invisible al ojo humano. La luz visible constituye sólo una pequeña porción de la totalidad del espectro electromagnético, pero es detectable por el ojo humano y tiene propiedades únicas en la sección a la que pertenecen.

 Rango de longitudes de onda de la luz visible

Thomas Northcut/Photodisc/Getty Images

El rango de longitudes de onda que el ojo detecta se encuentra entre los 400 (violeta) y los 700 (rojo) nanómetros. Los colores que se ven en este intervalo van de los de longitud más larga a los de longitud más corta y son los siguientes: naranja, amarillo, verde, azul y añil (índigo). El ojo humano tiene un perfil gaussiano cuyo máximo nivel de sensibilidad se encuentra a 555 nanómetros en la luz verde-amarilla. Esta sensibilidad se reduce a 1 por ciento en longitudes de onda de entre 430 y 690 nanómetros en la parte violeta y roja respectivamente, del espectro total.

Rango de frecuencia de la luz visible

El rango de frecuencias de la luz visible se puede calcular conociendo las longitudes de onda. La frecuencia se define como el número de eventos por unidad de tiempo; por lo que la frecuencia de la luz, es la cantidad de oscilaciones por segundo y se calcula en hertz. Usando la ecuación f=c/lamba, donde "c" es la velocidad de la luz (3 x 10^8 metros sobre segundo) y "lamba", la longitud de onda de la luz (dada en metros), es posible calcular el rango de frecuencias de la luz visible. Éste rango se extiende desde los 7,5 x 10^14 (violeta) a los 4,3 x 10^14 (rojo) hertz.

Rango de energía de la luz visible

Thomas Northcut/Photodisc/Getty Images

Las oscilaciones de la luz tienen un valor energético. La energía de la luz es directamente proporcional a su frecuencia de oscilación e inversamente proporcional a su longitud de onda. El rango o intervalo de energía de la luz visible puede ser calculado usando la ecuación E=hxf donde "h" es la constante de Planck (6,63 x 10^-34 m^2 x kg / s^2) y "f" la frecuencia de la luz en hertz. El rango de energía del espectro visible por lo tanto, varía de 4,97 x 10^-19 (violeta) a 2,84 x 10^-19 (rojo) joules.

Dispersión de la luz blanca

Thomas Northcut/Photodisc/Getty Images

La luz visible parece ser de color blanco debido a que se conforma de casi todas las longitudes de onda del espectro visible. Es posible dispersar la luz (básicamente "separarla") en todas las longitudes de onda que la componen utilizando un prisma triangular. Como el índice de refracción de un determinado medio utilizado es una función de la longitud de onda, la luz que entra en el prisma se "dobla" en ángulos distintos que varían en función de la frecuencia de la luz. Por lo tanto, es posible visualizar todo el espectro visible una vez que la luz sale del prisma.

ESPECTRO VISIBLE EN LAS PLANTAS

Los efectos de las diferentes ondas de luz o espectros de luz en la fotosíntesis

En otoño, los cloroplastos de las hojas absorben la luz verde y los hacen parecer de color rojo y amarillo.

Stockbyte/Stockbyte/Getty Images

La fotosíntesis es el proceso en el que las plantas, las algas y las bacterias absorben la luz solar, la convierten en energía química y la almacenan como azúcar. La reacción tiene lugar en los cloroplastos, subunidades de células u orgánulos en las hojas y tallos de una planta o de las algas o en la membrana celular, una capa celular exterior de bacterias fotosintéticas. La luz del sol contiene un 4 por ciento de radiación ultravioleta, 52 por ciento de radiación infrarroja y 44 por ciento de la luz visible. Los cloroplastos no absorben todas las longitudes de onda de luz por igual.

 

• ¿Cómo afecta la luz azul en la fotosíntesis de una planta?
• ¿Que parte del espectro de luz usan más las plantas?

Pigmentos

Los cloroplastos y las membranas celulares en plantas, algas y bacterias contienen una variedad de pigmentos que reaccionan con una parte estrecha del espectro de luz visible y reflejan otros colores. La clorofila es el pigmento más abundante y absorbe la luz azul y roja. Refleja la luz verde, por lo que las plantas con este pigmento parecen de color verde. Los carotenoides reflejan la parte roja, amarilla y naranja del espectro y absorben la luz azul. Las ficobilinas son pigmentos solubles en agua que reflejan ya sea la luz roja o azul.

Luz azul

La luz azul tiene las longitudes de onda más cortas y la más alta energía del espectro de luz visible. Es el mayor estímulo para la clorofila para fomentar el crecimiento de hojas y tallos. Los carotenoides absorben la luz azul durante la maduración de los frutos y la caída de las hojas.

Luz roja

La luz roja tiene una longitud de onda más larga del espectro visible y la energía más baja. La clorofila absorbe la luz roja aunque no en tan alto grado como la absorción de la luz azul. La absorción de la luz roja por los pigmentos promueve la germinación de la semilla, floración, raíces, tubérculos y el desarrollo del bulbo.

Luz verde

Aunque la luz verde es absorbida débilmente por las plantas y otros organismos durante la fotosíntesis, la pequeña cantidad es un importante motor del proceso de fotosíntesis en las células. Algunas algas parecen negras o marrones ya que contienen el pigmento carotenoide de fucoxantina que absorbe la luz verde. Estas algas crecen en profundidades de agua a unos 900 pies (274,32 m) donde la luz disponible es menos del 1 por ciento de la luz visible en la superficie de la tierra.

Ultravioleta

La radiación ultravioleta (UV) tiene una longitud de onda más corta y de mayor energía que la luz azul. Tiene demasiada energía para ser absorbida por la planta u organismo durante la fotosíntesis de manera que éstas desarrollan mecanismos para protegerse a sí mismas. La planta activa una clase secundaria de pigmentos, los flavonoides y las antocianinas, para absorber la radiación UV y proteger el proceso de fotosíntesis.

Infrarrojo

La radiación infrarroja es calor en vez de luz visible. Tiene una longitud de onda mayor y menos energía que la luz roja. La radiación infrarroja se produce en las profundidades del océano cerca de los respiraderos geotermales. Estos son lugares de alto flujo de calor dentro de la corteza terrestre y se asocian con la actividad volcánica. Las bacterias que viven en el fondo, como las bacterias verdes del azufre, que habitan en el fondo del océano a profundidades entre 400 y 8.000 pies (121,92 a 2.438,4 m), generan energía por la fotosíntesis de la radiación infrarroja.

SOL EN LAS PLANTAS

SOL EN LAS PLANTAS
 http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/tema-3/EFECTO-DE-LA
VER:
https://www.youtube.com/watch?v=H3zDfN9Zs

CRECIMIENTO DE UNA PLANTA DE FRIHOL
http://www.ehowenespanol.com/describir-proceso-crecimiento-semilla-planta-como_173749/

 EFECTO DE LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA-B EN PLANTAS
EFFECT OF ULTRAVIOLET-B RADIATIONIN PLANTS

Libertad Carrasco-Ríos¹
Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Tarapacá. Arica-Chile. E-mail: lcarrasc@uta.cl

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RESUMEN
La luz es uno de los factores más importantes que regulan el crecimiento y desarrollo de las plantas. Sin embargo, el aumento de la radiación ultravioleta-B debido a la acción antropogénica puede tener un impacto negativo en éstas, provocando una disminución de la fotosíntesis y de la producción de biomasa. Esta radiación puede además causar daño en distintas biomoléculas, entre la cuales la más importante es el DNA.
En este sentido, el presente trabajo analiza los estudios recientes sobre la respuesta del crecimiento de plantas expuestas a condiciones de alta radiación ultravioleta y los mecanismos de reparación molecular que en condiciones naturales generan las plantas como estrategia para protegerse de este tipo de radiación.
Palabras clave: Radiación UV, mecanismos de fotoprotección, implicancias ecológicas.

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INTRODUCCIÓN
La radiación solar es uno de los principales factores ambientales que afectan la vida en nuestro planeta. Esta radiación controla el funcionamiento de los ecosistemas terrestres y acuáticos tanto a través del control de procesos fotobiológicos (fotosíntesis, fotoperíodo, fototropismos, etc.) como por medio de su acción sobre otros factores ambientales (temperatura, humedad, etc.) y ciclos naturales (ciclos diarios, anuales, hídricos, etc.) que finalmente inciden en la distribución de los organismos.
La radiación que llega a la Tierra abarca una amplia gama del espectro electromagnético y aproximadamente el 40% de ella es la que conocemos como luz o radiación visible. Esta comprende
longitudes de onda que van de los 400 a los 700 nm, rango que abarca los colores violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo y que por ser usado por los vegetales en el proceso de la fotosíntesis, también se le denomina radiación fotosintéticamente activa o PAR (sigla derivada del inglés: photosynthetic active radiation).
Otro rango de esta radiación electromagnética es el que va de los 280 nm a los 1000 nm, conocido como rango fotobiológico ya que comprende longitudes de ondas más allá de la radiación PAR y que son de importancia en otros procesos fotobiológicos bajo control de fotorreceptores específicos como por ejemplo los fitocromos.
Esta misma radiación solar, la cual ha hecho posible la vida sobre nuestro planeta, puede ser perjudicial en altas intensidades o cuando la proporción de ondas cortas aumenta por sobre determinados límites. Altas intensidades de radiación y cambios en la composición espectral pueden afectar importantes procesos en los organismos, en particular en los vegetales que por no poder moverse sólo les queda adaptarse a tales cambios. Uno de los principales cambios que ha sucedido este último tiempo ha sido el aumento de la radiación UV-B (1). Esto, producto de la destrucción de la capa de ozono por compuestos contaminantes como los clorofluorocarbonos (CFC), óxidos de nitrógeno, cloro, bromo, etc. Estos compuestos tienden a formar compuestos estables con el ozono (O₃) con una vida media de 50 a 150 años (2). La radiación UV-B es aquella comprendida entre las longitudes de onda 280 y 320 nm. Los otros componentes de la radiación UV son la radiación UV-C, comprendida entre los 200 y 280 nm, y la UV-A entre los 330 y 400 nm. Esta última radiación es poco absorbida por el O₃, por lo que llega en mayor cantidad a la superficie de la Tierra y constituye una importante señal fotomorfogénica en las plantas y es la menos dañina. Por el contrario, la UV-C es la más energética y dañina para el ADN. Sin embargo, por ser la más absorbida por el oxígeno (O₂) y el O₃ de la estratosfera prácticamente no llega a la superficie terrestre.
La destrucción de la capa de ozono ha sido más intensa en las latitudes altas, en particular en la Antartica, donde las concentraciones de ozono han disminuido entre un 40-50% respecto a los valores obtenidos en 1980 y mínimos cambios en la zona del Ecuador en un 3-6% (35-60°N y 35-60°S), donde la radiación UV es intensa por naturaleza (3). Debido a esto, desde 1980 a la fecha, el flujo de radiación UV-B principalmente dentro del rango de los 290-315 nm ha aumentado en la troposfera en promedio 6-14% (4).
Si bien la radiación ultravioleta-B comprende una pequeña región del espectro electromagnético, su acción sobre plantas y animales es considerable. Esto principalmente debido a que importantes biomoléculas como proteínas y ácidos nucleicos, por presentar electrones n la absorben fuertemente. Numerosos son los efectos atribuibles a esta radiación, la cual ha estado desde siempre presente en el ambiente (5). Así, las plantas desde temprano en su evolución han debido adaptarse a su presencia y desarrollar mecanismos capaces de disminuir sus efectos adversos. Por tal motivo, desde el descu-
brimiento del denominado "agujero" de ozono en la Antartica, el interés por estudiar los principales efectos de la radiación ultravioleta-B sobre los vegetales ha aumentado considerablemente. Estos efectos se pueden clasificar en efectos anatomo-morfológicos, metabólicos y moleculares. En este trabajo se analizan los principales estudios efectuados sobre los efectos de la radiación UV-B en las plantas con especial énfasis en aquellos efectos sobre los procesos metabólicos y moleculares.
LOS EFECTOS DE LA RADIACIÓN UV-B SOBRE LA MORFOLOGÍA Y ANATOMÍA DE LAS PLANTAS
Para que la radiación UV-B sea interceptada y produzca alteraciones en la fisiología de la planta debe penetrar en la hoja y ser absorbida por cromóforos o moléculas susceptibles al efecto dañino de esta radiación. Por lo tanto, los cambios morfológicos y anatómicos que son inducidos por la radiación UV-B pueden llegar a ser determinantes en las respuestas de las distintas especies vegetales sometidas a un aumento de este tipo de radiación. Así, frente a un aumento de la radiación UV-B muchos de los cambios observados, tanto en plantas monocotiledóneas como dicotiledóneas, son principalmente atribuidos a la orientación de las hojas que tiene cada uno de estos grupos de plantas, lo que finalmente influirá en la capacidad de interceptar este tipo de radiación. Las especies monocotiledóneas que presentan hojas delgadas con orientación vertical interceptan menos la radiación UV-B que las dicotiledóneas por presentar éstas hojas anchas y de orientación más bien horizontal, y por lo tanto son más susceptibles al daño (6). Por tal motivo, las plantas monocotiledóneas parecen ser generalmente más tolerantes a niveles elevados de radiación UV-B.
Por otra parte, las plantas aclimatadas a condiciones de alta radiación UV-B, como por ejemplo en alta montaña, se caracterizan principalmente por presentar tallos y ramas cortas, resultando plantas de morfología más bien compacta y de tamaño pequeño (1, 8,9). La disminución de la altura de las plantas expuestas a altas intensidades de radiación UV-B ha sido relacionada directamente con la inducción de internudos más cortos en distintas especies (4,7,8, 9). Por tal motivo, se ha sugerido que el mecanismo por el cual la radiación UV-B reduce la longitud del tallo sería la oxidación de fitohormonas inductoras del tamaño de las células, como el ácido indolacético (IAA), el cual es susceptible a ser degradado por la radiación UV-B (10).
Uno de los parámetros de crecimiento que es notablemente alterado por un aumento de la radiación UV-B es el área foliar. Su reducción ha sido ampliamente documentada en distintas especies cultivadas como: arveja (11), pimentón (12), soya (13), etc. La disminución del área foliar, que se refleja en la presencia de hojas de menor tamaño (14), se produciría como consecuencia del efecto inhibitorio de la radiación UV-B sobre la expansión del epitelio de la cara adaxial que es la que normalmente recibe flujos de radiación UV-B mayores a la abaxial. Se ha demostrado que es la expansión de las células epiteliales la que regula el crecimiento foliar (15) y la inhibición de la expansión observada en condiciones de alta radiación UV-B se produciría debido a un mayor entrecruzamiento de los enlaces formados entre carbohidratos y ácido ferúlico. Esto finalmente reduce la extensibilidad de la pared celular (16), lo cual concuerda con lo encontrado por Liu y colaboradores, quienes observaron un aumento de la proporción de ácido ferúlico en el epitelio de hojas de cebada como respuesta a la radiación UV-B (17).
Por otra parte, diversos estudios sugieren que la primera causa de la reducción del área foliar está asociada a la inhibición de la división celular (18, 14). lo que ha sido observado en células epiteliales de hojas de trigo, en cotiledones de Cucumis sativus (19). hipocotilos de tomate (20). cultivo en suspensión de células de Petroselinum crispum (21) y en protoplastos de hojas de Arabidopsis thaliana (22). Este efecto inhibitorio de la radiación ultravioleta-B sobre la división celular se debería a la acción oxidativa de los fotones UV-B sobre las tubulinas que son proteínas que se ensamblan para formar el huso mitótico en la división celular (22). Además, Logemann y colaboradores encontraron que la síntesis de histonas, proteínas que se unen al ADN formando la unidad estructural de la cromatina denominada nucleosoma, es reprimida transcripcio-nalmente por efecto UV-B (21). Resultado similar a lo obtenido en plantas de maíz donde también se observó una disminución de la histona H4 por efecto de la radiación UV-B, lo que estaría provocando alteraciones en la división celular por ausencia de la unidad estructural y móvil del ADN (21, 23). Sin embargo, no está claro si la disminución de la división celular inducida por radiación UV-B es un efecto inhibitorio directo sobre las células potencialmente aptas para dividirse o el resultado de una respuesta coordinada de la planta a elevada radiación UV-B.
A lo largo de la evolución, la radiación UV-B ha inducido en las plantas diversos cambios anatómicos que han permitido modificar su intercepción y su penetración al interior de las células. Por ejemplo, el aumento de ceras y el cambio en la composición de éstas en la superficie foliar observado en especies expuestas a UV-B (24), favorece la reflexión de la luz UV-B desde la superficie foliar y contribuye a reducir la penetración de la radiación UV-B en las hojas (25). Por ejemplo, en coniferas esta penetración medida por medio de microsensores de fibra óptica resulta ser prácticamente nula, 3-12% en plantas leñosas y hierbas y 18-41% en plantas herbáceas dicotiledóneas (26). El aumento del grosor de las hojas es otro de los cambios anatómicos observado en plantas expuestas a radiación UV-B. Esto se debería al aumento del grosor de la pared celular como consecuencia de la inducción de síntesis de lignina y otros polifenoles (7, 27).
Un porcentaje de la radiación UV-B que penetra a través de la hoja es absorbido por cromóforos asociados al aparato fotosintético (4,5), así, las respuestas fotomorfogénicas tienen un impacto directo sobre la mantención de la estructura y funcionamiento de éste. Por ejemplo, en diferentes cultivares de arroz se señala que niveles de radiación UV-B de 15-16 kJ-nr² provocan destrucción de membranas en cloroplastos y desorganización de granas (28), en maíz una intensidad de 9 kJ-nr² provoca colapso de la epidermis adaxial en la zona distal de las hojas (29) y una disminución en el número de cloroplastos en otras especies vegetales (30), un mayor número de tricomas en la superficie de la cara adaxial (30,31) y una reducción en el número y diámetro de los tubos xilemáticos, así como disminución de la frecuencia estomática y del área foliar (31, 32).
ACCIÓN UV-B SOBRE PROCESOS FOTOQUÍ-MICOS Y METABÓLICOS
Dentro de los procesos metabólicos afectados por la radiación UV-B se pueden resaltar aquellos relacionados con el metabolismo energético como lo son la fotosíntesis, aquellos relacionados con la síntesis de metabolitos secundarios, y finalmente aquellos relacionados con la detoxificación de especies reactivas de O₂.
ACCIÓN UV SOBRE ANTENA COLECTORA Y FOTOSISTEMAS
La inhibición del proceso de fotosíntesis en distintas especies de plantas por efecto de UV-B fue demostrada hace ya más de 20 años (19). Longitudes de onda ubicadas en la región ultravioleta del espectro resultan ser muy efectivas en la inactivación de la fotosíntesis (33, 34). Los sitios del aparato fotosintético que se ven afectados por la luz ultravioleta-B son: el complejo colector de luz II ((LHCII, del inglés light center harvesting), el centro de reacción del fotosistema II (PSII, del inglés photosynthetic system) y el aceptor del fotosistema I, PSI (35, 36). Sin embargo, la mayor parte de los estudios han demostrado que el foto-sistema II es más sensible a la radiación UV-B que el fotosistema I (37).
EFECTO UV-B SOBRE LAS PROTEÍNAS Y LOS PIGMENTOS DE LAS ANTENAS COLECTORAS
La alta eficiencia de la transferencia de energía que se produce en el PSII depende de la estructura específica de las proteínas que lo conforman y encargadas de proporcionar la orientación y configuración óptima que garantice la conducción de la energía entre los distintos complejos de las membranas tilacoidales (38). Por lo tanto, cualquier alteración que se produzca en estas proteínas por efecto UV-B afectará también a las propiedades de los pigmentos asociados y de otros cofactores que en conjunto hacen posible el proceso fotosintético (38).
En general, la radiación UV-B induce la pérdida de polipéptidos localizados en el PSII tales DI, D2, CP47, CP43 y de enzimas del ciclo de Calvin (39). Las proteínas son moléculas orgánicas que contienen en su estructura aminoácidos aromáticos como la tirosina, fenilalanina y triptófano, los que presentan electrones del tipo n (40). Los fotones del tipo ultravioleta, que son más energéticos que los del tipo visible, son capaces de promover transiciones electrónicas k-k* y de esta manera inducir transformaciones químicas que afectan directamente el establecimiento de enlaces químicos, lo que altera la estructura de las moléculas que los poseen (41). Así, diversos estudios indican que la absorción de radiación UV-B por parte de aminoácidos cíclicos induce la oxidación no específica de éstos alterando su conformación y finalmente la funcionalidad de las proteínas. Esto puede llegar a afectar significativamente la vida de las plantas dado que los mecanismos de reparación basados en la capacidad de síntesis y en la tasa de reposición de las proteínas pueden ser sobrepasados por el efecto de la radiación UV-B (19, 40).
En este sentido, el principal efecto de la radiación UV-B sobre el PSII se produce específicamente en la proteína DI (42), donde la energía de los fotones UV-B rompe esta proteína en el segundo segmento transmembranal, dando origen a fragmentos C-terminal de 20 kDa y N-terminal de 10 kDa (36, 43). El aumento de la degradación de la proteína DI bajo radiación UV-B puede ser explicado como consecuencia de dos mecanismos independientes. El primero producido por el dafio directo al cluster de manganeso implicado en la oxidación del agua, lo que provoca el rompimiento de la proteína DI (35,42,43,44). El segundo mecanismo que explica la degradación de la proteína DI por efecto de la radiación UV-B implica la inducción de defosforilación de proteínas del PSII, que ocurre por la interrupción del transporte lineal de electrones y que afecta la producción de ATP Y NADPH, lo cual favorece el recambio de proteínas DI, de acuerdo al modelo propuesto por Aro y colaboradores en 1997 (39, 45).
La síntesis e inserción de nuevas proteínas DI, así como la transcripción, traducción y elongación del péptido naciente dependen también de la luz visible (46). Independientemente del mecanismo del daño, la recuperación de la fotoinhibición del PSII depende de la síntesis in novo de la proteína DI y de su reensamblaje en el centro de reacción del PSII (47, 48). Este es un proceso que ocurre continuamente y es independiente del daño inducido por radiación ultravioleta-B y sólo la proteína DI es sintetizada de novo (36). La defosforilación reversible de polipéptidos tales como CP43 y D2 también estaría implicada en el desmantelamiento de los centros dañados (45), y tanto CP43 como D2 serían recicladas para reconstituir la funcionalidad de los centros de reacción del PSII (36) aunque algunos estudios indican que las distintas proteínas CP tendrían una baja capacidad de restauración una vez provocado el daño en el PSII por radiación UV-B (49).
Además, la pérdida de la capacidad de restauración de la proteína DI que ocurre tanto a altas intensidades de luz visible y de radiación UV-B (36), se ha relacionado directamente con la disminución de clorofilas a y b (49). La disminución del contenido de pigmentos fotosintéticos localizados en los LHC por efecto del aumento de luz ultravioleta-B, ha sido observada en distintas especies cultivadas y la tolerancia que puedan presentar algunas especies frente a un aumento de la radiación ultravioleta-B se relaciona con la capacidad de las plantas de mantener la clorofila en sus hojas (4, 50). Es así como la reducción del contenido de clorofilas por efecto de luz ultravioleta-B puede llegar al 33% en especies monocotiledóneas tales como maíz y sorgo (6) y en dicotiledóneas la disminución puede ser de un 10 % en el caso de la soya hasta un 78% en poroto según Mirecki y Teramura (51).
La pérdida de pigmentos que se observa bajo condiciones de radiación UV-B se debería principalmente a que la degradación de la proteína DI provoca la desorganización de los centros de reacción y, en consecuencia, la liberación de los complejos CP47 y CP43 (39). La presencia de clo-roplastos modificados estructuralmente en plantas expuestas a UV-B, con un menor número de granas y menor cantidad de tilacoides por grana avalan estas observaciones (4, 26, 52) y en este sentido, la disminución del contenido de clorofila a y b en plantas tratadas con luz UV-B sería resultado de la parcial desorganización de las granas, lo que confirmaría el daño que induce la radiación UV-B en el PSII (39). Además, la pérdida de proteínas del LCHII directamente implicada en el proceso de captación de luz como CP43 y CP47 (35, 44, 53, 54) provocaría la liberación de clorofilas, las que en estado libre son destruidas por fotooxidación (35, 55).
La destrucción f otooxidativa de las clorofilas libres puede producirse también debido a la fotoinhibicion del PSII por el lado dador de electrones. Aunque este tipo de fotoinhibicion ha sido informado por distintos investigadores como uno de los eventos que se desencadenan bajo condiciones de radiación UV-B, para otros este daño es de carácter secundario (35). La fotoinhibicion del PSII observada en condiciones de luz visible y UV-B promueve la formación del par radical P680⁺/Pheo^- una vez que ocurre la primera separación de carga entre el dímero de clorofila (P680) y una molécula de feofitina "Pheo" en el centro de reacción del PSII (35). Bajo exceso de radiación esta situación tiende a la recombinación de carga, lo que además da lugar a la formación del triplete de P680 (³P680), el cual al interactuar con el O₂ genera oxígeno singlete (¹O₂) que es un potente agente oxidante (35, 56). El alto potencial oxidante del P680 actuaría oxidando membranas tilacoidales, proteínas cercanas como DI, D2, CP43, CP47 (49, 57) y clorofilas que al estar libres son propensas a la fotooxidación (35).
Independiente del tipo de fotoinhibicion al que es sometido el PSII en condiciones de alta radiación UV-B, la interrupción del transporte lineal de electrones termina por afectar finalmente la producción de ATP y NADPH, elementos esenciales en la fijación de CO₂ en el ciclo de Calvin (35, 44, 58).
Por otra parte, la radiación UV-B afecta también la expresión de distintos genes por daño directo en moléculas de ADN (59, 60). Por ejemplo, Broshe y colaboradores informan de la influencia de la radiación UV-B en la expresión de genes relacionados con proteínas y componentes del PSII (59). De la misma manera, Casati y Walbot, en genotipos de maíz con variados contenidos de flavonoides, encontraron que la expresión de genes asociados a la fotosíntesis disminuía en condiciones de radiación ultravioleta-B y que aumentaba la expresión de genes que codifican la síntesis de ubiquitinas, proteínas que marcan a otras proteínas para la posterior degradación (60).
EFECTO UV-B SOBRE ENZIMAS DEL CICLO DE CALVIN
Distintas investigaciones han informado que la radiación UV-B induce la pérdida de actividades enzimáticas del ciclo de Calvin, con especial énfasis en la disminución directa de la enzima ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa (Rubisco) que cataliza la incorporación de CO₂ en el ciclo de Calvin (6, 61). Alien y colaboradores, en 1997, demostraron que la radiación UV-B disminuye la tasa de asimilación neta de CO₂ en hojas maduras de Brassica napus y que de acuerdo al modelo de von Caemmerer y Farquhar (62), la disminución de la tasa neta de asimilación de CO₂ medida en condiciones de saturación luminosa (Asat) es acompañada por la disminución de la velocidad máxima de car-boxilación de la Rubisco (Vcmax), resultados que fueron confirmados por medio de ensayos in vitro de actividad Rubisco (63).
La disminución de la actividad y cantidad de Rubisco inducida por luz ultravioleta-B ha sido informada por distintos investigadores (6, 64, 65). La disminución de la actividad de la enzima Rubisco en condiciones de radiación UV-B es atribuida en la mayoría de los casos a una baja disponibilidad de sustrato ribulosa-1,5-bisfosfato, que ocurre a causa de la disminución de la velocidad máxima del transporte de electrones, proceso que limita la disponibilidad de NADPH y ATP requeridos en la síntesis de ribulosa-1,5-bisfosfato (17, 65).
Otra acción atribuida a la radiación ultravioleta- B es la inducción de senescencia a través de la activación de proteasas específicas como ubiquitinas que degradarían las enzimas del ciclo de Calvin (41, 59, 66).
EFECTO DE LA RADIACIÓN UV-B SOBRE EL METABOLISMO SECUNDARIO
Uno de los mecanismos de adaptación a radiación UV-B más documentado es el aumento de la producción de metabolitos secundarios tales como fenoles y flavonoides, los que se acumulan en las células de la epidermis de diversas especies vegetales, y por ser compuestos que absorben radiación entre los 280-360 nm, reducen el efecto deletéreo de la luz UV-B sobre los distintos componentes celulares (5, 67, 68, 69).
SÍNTESIS DE TERPENOIDES
Los terpenoides son compuestos que presentan gran diversidad estructural y muchos de ellos actúan como toxinas y repelentes de herbívoros. Muy poco se conoce del efecto de la radiación UV-B sobre la síntesis de terpenoides y de los estudios existentes se sabe que la radiación UV-B induce el aumento del contenido de terpenos en hojas de Ocimum basilicum (70) y Grindelia chiloensis (71). Dentro de este grupo de metabolitos secundarios se encuentran también los carotenoides, que son pigmentos accesorios bien caracterizados en su rol fotoprotector y que aparentemente no son afectados por un aumento de radiación UV-B en especies tales como Cucumis sativus, Helianthus annus (72) y Hordeum vulgare (73). Sin embargo, en Glycine max y Oryza sativa se ha observado una marcada reducción en condiciones de elevada radiación UV-B (74), mientras que en Phaseolus vulgaris, el aumento o disminución del contenido de carotenoides ha dependido de los niveles de radiación PAR y UV-B a las que han sido expuestas las plantas (75).
SÍNTESIS DE ALCALOIDES
Los alcaloides tales como la atropina, morfina, codeína, herof na, nicotina, cafeína, cocaína, etc., son compuestos ampliamente reconocidos por su efecto farmacológico y en las plantas actúan como agentes defensivos y como feromonas. Si bien han sido poco estudiados, estos compuestos absorben fuertemente radiaciones comprendidas en el rango UV y tendrían un rol protector frente a este tipo de radiación (76). En Cannabis sativa, el aumento de la radiación UV-B induce la síntesis canabinoides (77), así como en Trifolium repens donde la radiación UV-B aumenta significativamente la producción de cianógenos (78).
SÍNTESIS DE FENILPROPANOIDES
Los fenilpropanoides son metabolitos secundarios del tipo fenólico y al igual que los anteriores han sido implicados en la respuesta de defensa contra insectos herbívoros. Dentro de este grupo se encuentran las ligninas, suberinas, estirilpironas, estilbenos, cumarinas, furanocumarinas, taninos y flavonoides. La implicancia de los flavonoides en la respuesta a radiación UV-B ha sido informada por distintos investigadores y en especies de plantas tales como Arabidopsis thaliana, Licopersicum esculentum, Triticum aestivum, Oryza sativa, Phaseolus vulgaris, Trifolium repens, Zea mays, por citar algunas (20, 28, 60, 67, 79, 80, 81). La acumulación de flavonoides, frecuentemente observada en respuesta a radiación ultravioleta-B, también ha sido relacionada con su potencial acción antioxidante frente a radicales libres (81). No obstante, la función antioxidante de los flavonoides es compleja y depende de una variedad de factores, los que incluyen su compartimentalización, potencial redox, presencia de dobles enlaces, glicosilación y niveles de hidroxilación.
Los compuestos absorbedores de UV tales como fenoles y flavonoides son inducidos por radiación UV-B, acumulándose preferentemente en las células de la epidermis y son capaces de absorber la radiación UV-B no interfiriendo en la absorción de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) (5, 67, 68).
El rol protector de estos compuestos en plantas sometidas a condiciones de radiación ultravioleta-B ha sido sustentado principalmente por experimentos realizados en mutantes de Arabidopsis. Sin lugar a dudas, el aislamiento y la caracterización de mutantes a radiación ultravioleta ha sido una poderosa herramienta para el entendimiento de los mecanismos que protegen a las plantas contra el daño inducido por radiación ultravioleta-B. BiezayLois, en 2001, señalan que el mutante de Arabidopsis thaliana uvtl exhibe una marcada tolerancia a altos niveles de radiación UV-B y observan que la inducción de la síntesis de compuestos absorbedores bajo estas condiciones aumenta la capacidad de las hojas de bloquear este tipo de radiación (82). De esta manera, estos autores atribuyen a los flavonoides la elevada resistencia de las mutantes uvtl a condiciones letales de radiación ultravioleta. Lo mismo fue observado en la planta Arabidopsis tt5, que es una mutante virtualmente incapaz de sintetizar flavonoides y que se afecta significativamente al ser expuesta a radiación UV-B (82, 83).
La generación de fenotipos hipersensibles a radiación ultravioleta está íntimamente relacionada con la eficiencia que presenten las enzimas que participan en la biosíntesis de los fenilpropanoides y entre ellos los flavonoides tales como la fenilamonio liasa (PAL), chalcona sintetasa (CHS) y chalcona isomerasa (CHI) (67). En trabajos realizados en hojas de petunia se demuestra que la luz ultravioleta-B induce la síntesis de flavonoles debido a la sobre-rregulación de distintos genes que participan en la síntesis de los fenilpropanoides (84). Al comparar la producción de flavonoides entre la variedad salvaje de petunia y el mutante F3'H deficiente en la enzima flavonoide 3'-hidroxilasa se observó bajo alta radiación UV-B un aumento de flavonoides en la línea tipo salvaje (con predominancia de dihidroxiquercetina) respecto del mutante F3 'H en donde el contenido de flavonoides disminuyó significativamente (con predominancia del kaem-pferol). La enzima flavonoide 3'-hidroxilasa es la encargada de convertir al flavonol monohidroxilado denominado dihidrokaempferol a un tipo de flavonol dihidroxilado conocido como dihidroquercetina. Con este estudio se establece que los flavonoides inducidos por radiación ultravioleta-B presentan altos niveles de hidroxilación y que la enzima flavonoide 3'-hidroxilasa sobrerregula todos los genes que participan en la biosíntesis de los flavonoides, como lo documentan otras investigaciones (68. 84). Asimismo, trabajos realizados en hojas de Arabidopsis L. tipo salvaje muestran que al exponer estas plantas a bajos niveles de radiación ultravioleta-B el contenido de kaempferol resulta superior al de quercetina. Sin embargo, bajo condiciones de alta radiación UV-B el contenido de flavonoides se duplica con un mayor aumento de quercetina respecto de kaempferol. Estos resultados reafirman que los flavonoides protegen a las plantas de Arabidopsis del daño por radiación ultravioleta-B e indican que la enzima flavonoide 3'-hidroxilasa (F3 'H) juega un rol crucial en esta respuesta a la luz UV-B. Los autores también concluyen que la quercetina es un fotoprotector más eficiente que el kaempferol y de mayor capacidad antioxidante (69), lo cual también ha sido determinado en Vicia faba en donde en condiciones de alta radiación UV-B se indujo un aumento en la producción de quercetina particularmente localizada en las células de la epidermis, mientras que la síntesis de kaempferol resultó presentar un carácter constitutivo (85, 86).
Todas estas investigaciones indican que los flavonoides hidroxilados junto con los dihidroxilados confieren una protección adicional contra la UV-B, lo que sería mediado por su relativa capacidad antioxidante, que se dirigiría fundamentalmente hacia los radicales hidroxilos y superóxidos, especies altamente reactivas implicadas en el inicio de la cadena de peroxidación lipídica (5, 81). De esta manera, los trabajos citados establecerían que la hidroxilación no afecta las propiedades absorbedoras de radiación UV de estos compuestos, pero sí su capacidad antioxidante, lo que sugiere que los flavonoides juegan un rol no caracterizado aún en la respuesta a estrés por radiación UV-B.
Por otra parte, las antocianinas también tendrían un rol protector frente a la radiación UV-B, lo que ha sido informado por distintos investigadores, quienes demuestran que extractos purificados de antocianina presentan propiedades fuertemente antioxidantes al atrapar especies reactivas de oxígeno en células vivas in vitro (87). De la misma manera, Stapleton & Walbot demostraron que las plantas de maíz (Zea mays) que contienen flavonoides, principalmente antocianinas, eran protegidas del daño generado en el DNA por radiación ultravioleta y que las plantas deficientes en este tipo de compuestos inducían la formación de dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) y dímeros de pirimidina pirimidona (6,4 PPs) en el DNA (88).
EFECTO UV-B SÓBRELA GENERACIÓN DE ESPECIES REACTIVAS DE OXÍGENO (ROS)
Distintos estudios han relacionado el aumento de radiación UV-B con la generación de especies ROS, dando cuenta además de la activación de mecanismos de defensa similares a los desarrollados en ataque de patógenos, lo que sugiere que la radiación UV-B activaría procesos de lipoperoxidación en la membrana plasmática (56, 89, 90, 91). Estudios moleculares realizados en Nicotiana longiflora dan una clara convergencia entre las respuestas generadas en ambos estreses (radiación UV-B y ataque de patógeno); los cambios transcripcionales observados mediante microarreglos en ambas situaciones son similares en varias categorías funcionales de genes en magnitud y dirección (91).
Es así como A-H-Mackerness y colaboradores (2001) investigaron la naturaleza y el origen de los ROS implicados en la cascada de señales que son inducidas tempranamente por efecto de radiación UV-B (90). Empleando inhibidores enzimáticos y compuestos atrapadores de radicales libres, estos investigadores observaron que los transcriptos de genes PR1 aumentaban en respuesta a la exposición a UV-B y que tal aumento resultó ser mediado por H₂O₂ derivado del ion superóxido (O₂^-), mientras que los transcriptos de genes PDF1.2 fueron sobre-rregulados pero mediante la vía que involucraba directamente O₂^-. Lo interesante en este trabajo es que los genes que codifican la expresión de la enzima CHS también se sobrerregularon por radiación UV-B, pero sin participación de los ROS ya que los compuestos atrapadores de óxido nítrico (NO) e inhibidores de la enzima óxido nítrico sintasa (NOS) modularon la expresión génica de la enzima CHS (90).
En plantas de Arabidopsis sometidas a radiación UV-B fue observado también que la expresión de genes relacionados con la patogénesis PR1 y PDF1.2 se bloqueaba al pretratar las plantas con ácido ascórbico, lo que indica que durante la respuesta al efecto de la radiación UV-B se generan especies reactivas de oxígeno, los que finalmente inducen la expresión de estos genes (92). Similares observaciones obtuvieron Rao y Ormrod, quienes aumentaron la tolerancia a UV-B en imitantes de Arabidopsis incapaces de sintetizar flavonoides (tt5), por medio de ácido ascórbico y glutatión, compuestos atrapadores de especies reactivas de oxígeno (83).
Estos resultados dan clara evidencia de que la exposición a radiación ultravioleta-B induce un estrés oxidativo en las plantas, lo que provoca la generación de los ROS, y que la molécula de NO podría ser otra señal molecular que actuaría modulando la respuesta a radiación UV-B por medio de la activación de genes específicos como el de la enzima chalcona sintetasa (90).
Por otra parte, en plantas de maíz expuestas a radiación UV-B (60), el aumento de la expresión de genes de proteínas antioxidantes como la ascorbato peroxidasa es consistente con resultados en otras especies monocotiledóneas en respuesta a radiación ultravioleta-B (93). Por lo tanto, la radiación UV-B provoca una explosión oxidativa a nivel celular e induce cambios significativos en un grupo importante de proteínas como lo son las enzimas antioxidantes superóxido dismutasa, catalasa, peroxidasa, glutatión reductasa y ascorbato peroxidasa, además de las moléculas antioxidantes como el glutatión, ascorbato, a-tocoferol y carotenoides, lo que demuestra la participación de especies reactivas de oxígeno (ROS) en la respuesta a UV-B (94). Además, las diferentes especies reactivas de oxígeno generadas por efecto de la radiación UV-B actuarían no tan solo como radicales destructivos a nivel celular sino también como señales moleculares esenciales para gatillar modificaciones en la expresión de genes y así contrarrestar el efecto de la radiación UV-B sobre las plantas. Las "RNS" (del inglés de "reactive nitrogen species") también estarían implicadas en la activación de genes involucrados en la respuesta a UV-B (90).
ACCIÓN UV-B SOBRE EL ADN
El ADN es particularmente sensible a radiación UV-B, debido a que los fotones del tipo ultravioleta promueven transiciones π-π* en las bases nitrogenadas que constituyen los nucleótidos alterando directamente el establecimiento normal de enlaces químicos (95). La fototransformación producida en el ADN afecta principalmente a bases de timina adyacentes, las que por efecto de la radiación UV-B forman estructuras cíclicas denominadas dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) (96) (Figura 1).

Bajo condiciones de radiación UV-B no sólo se observan lesiones en el ADN del tipo CPDs, también esta radiación induce la formación de otros fotoproductos denominados dímeros de pirimidina pirimidona (6-4 PPs) entre bases adyacentes de timina y citosina (Figura 1), y en el caso del RNA dímeros de uracilo (97).
Del total de las lesiones provocadas por la radiación UV-B sobre el ADN, el 75% corresponde a los CPDs y el resto a fotoproductos de pirimidina (6-4) pirimidona (98). Ambos tipos de dímeros alteran los procesos de transcripción de genes y de duplicación del ADN, debido a que tanto la ADN polimerasa como la ARN polimerasa no son capaces de leer la hebra de ADN a través de estos fotoproductos (99, 100). Por tal motivo, la eliminación de los CPDs y 6-4 PPs resulta esencial para la supervivencia de las distintas especies afectadas por este tipo de daño (99).
Para contrarrestar el efecto dañino de la radiación UV-B sobre el ADN, los organismos han desarrollado dos tipos de mecanismos de reparación: la fotorreactivación y la reparación por excisión de bases y/o nucleótidos (100. 101). En plantas, la vía de reparación de mayor prevalencia es la fotorreactivación (102. 103).
El mecanismo de reparación denominado fotorreactivación es un proceso enzimático, donde la enzima DNA-fotoliasa ejerce la acción reparadora sobre el DNA, la que consiste en monomerizar los dímeros de pirimidina. Este proceso es dependiente de luz y la enzima DNA-fotoliasa, proteína mono-mérica de 50-60 kDa, presenta dos cromóforos que absorben en el rango de luz UV-A (350-400 nm) y luz azul (103).
La fotoliasa específica para CPD de microorganismos, denominada fotoliasa clase I, fue la primera de la familia de enzimas fotoliasas en ser caracterizada por Sanear en 1994 (99). En plantas, las CPD fotoliasas designadas fotoliasas clase II han sido identificadas en distintas especies tales como maíz (88). Arabidopsis (104). soya (105). arroz (106), trigo (107), poroto (108).
La secuencia de esta enzima en Arabidopsis thaliana muestra una considerable analogía con la DNA-fotoliasa originalmente descrita en procarion-tes, lo que indicaría que la función reparadora de esta enzima se habría originado muy temprano en la evolución y que al menos desde el paso de los procariotas a sistemas multicelulares, hace 1000 millones de años, la función de esta enzima no se habría alterado mayormente a pesar de la enorme cantidad de años y del drástico descenso de los niveles de radiación UV-B acaecido hace unos 700-800 millones de años (109).
El mecanismo que emplean estas enzimas para reparar las zonas dañadas de ADN por efecto de radiación UV-B ha sido principalmente estudiado por medio de espectroscopia de resonancia Raman (96, 110) e indica que las fotoliasas reconocen la "lesión sustrato" enlazándose sobre la zona dañada del ADN y de esta manera gatillan el cambio conformacional de la molécula de DNA en 36°, lo que posiblemente permite la eliminación de los fotoproductos (111. 101). Todas las fotoliasas caracterizadas contienen a la coenzima FAD (Flavin adenina dinucleótido) reducida y un segundo cromó foro que dependiendo de la especie podrá ser el 5,10-methenyltetrahydrofolate (MTHF) (fotoliasa Tipo I) o el 8-hydroxy-5-deasa-riboflavin (8-HDF) (fotoliasa Tipo II) (112). Los mecanismos de reacción propuestos para ambas clases de fotoliasas son similares, donde los cromóforos MTHF o 8-HDF funcionan como fotoantenas absorbiendo luz azul, la que es posteriormente transferida para reducir a la coenzima FAD. La coenzima reducida (FADH) cede el electrón al CPD, provocándose el arreglo electrónico dentro de la estructura cíclica de los fotoproductos. Lo anterior da lugar al rompimiento de los anillos de ciclobutano, con lo que finalmente se restaura la integridad de las bases en la molécula de ADN (99,112,113, 101).
En experimentos realizados con mutantes de Arabidopsis thaliana (uvr2-1) deficientes en foto-reparar los dímeros de ciclobutilpirimidina (CPDs), se ha observado que a bajos niveles de luz UV-B se inhibe el crecimiento de la planta y que la mutante uvr2 es incapaz de remover CPDs in vivo (114). La clonación y secuenciación de los genes de la enzima fotoliasa de la mutante de Arabidopsis thaliana uvr2-1 da cuenta de alteraciones en el ADN, específicamente en la parte superior del cromosoma 1 que afecta directamente al gen estructural de la enzima fotoliasa tipo II, lo que conduce a la síntesis de una proteína defectuosa (115). Estos resultados y específicamente la mutante uvr2-1 proveen la evidencia suficiente para afirmar que la enzima CPD fotoliasa es requerida para la supervivencia de la planta en presencia de radiación UV-B y que en general los mutantes sensibles a radiación UV-B no son capaces de reparar su ADN dañado por luz UV-B (104, 114).
Por otra parte, en Arabidopsis thaliana se han identificado dos tipos de fotoliasas que desempeñan funciones específicas, una para la fotorreparación de dímeros de ciclobutano pirimidina y otra para la fotorreparación de los 6-4 PPs (99,115). las que desempeñarían diferentes roles de protección frente a radiación UV-B. En el caso de la CPD fotoliasa, la luz blanca y UV-B inducen la expresión de esta enzima en tejidos de Arabidopsis, en contraste con la enzima 6-4 PPs fotoliasa, la que se expresa constitutivamente y no regulada por luz blanca ni UV-B (99). Además, ambas fotoliasas serían capaces de remover los fotoproductos del ADN en plantas expuestas a condiciones de alta radiación UV-B y elevada temperatura, pero la velocidad de remoción de los CPDs sería menor (99).
En vegetales, además de la fotorreparación del ADN a través de la enzima ADN-fotoliasa, existe el mecanismo de reparación oscura denominado así porque ocurre en ausencia de luz (102. 101). Este mecanismo, umversalmente conocido como mecanismo de reparación por excisión, ya sea de nucleótidos (NER) o de bases nitrogenadas (BER), involucra la acción concertada de distintos productos génicos, algunos de los cuales han sido identificados en plantas (102. 116. 101). Una amplia gama de lesiones que distorsionan la forma helicoidal del ADN como los CPDs y 6-4 PPs son reparadas por NER (102,101).
El mecanismo de reparación por excisión de nucleótidos implica el reconocimiento de la zona de ADN dañada, incisión en la hebra de ADN, excisión de los oligonucleótidos que contienen la lesión, síntesis y ligación del DNA. Kimura y colaboradores evaluaron la actividad reparadora del ADN en diferentes tejidos de plantas de arroz, observando que la reparación a través de fotoliasas y, por excisión se correlacionaba de manera directa con la proliferación celular y que la expresión de distintos genes relacionados con la reparación oscura era elevada en tejidos meristématicos a diferencia de lo observado en células no proliferativas donde sólo se observa actividad CPD fotoliasa (103,117).
Si bien se ha informado que el mecanismo de reparación de DNA por excisión es muy activo en células vegetales en proliferación (103,108). la fotorreactivación es sin lugar a dudas la mayor vía de reparación de ADN en células no proliferativas que están continuamente bajo el efecto de la luz y en consecuencia bajo la acción UV-B (103).
IMPLICANCIAS ECOLÓGICAS DE LAS RESPUESTAS DE LAS PLANTAS A LA RADIACIÓN UV-B
La productividad de los cultivos en el campo no solo depende de la sensibilidad que presenten las distintas especies al efecto de la radiación UV-B, también depende de la interacción con otros factores bióticos y ambientales (118). En este sentido, en el contexto del cambio climático experimentado en el último tiempo, se ha observado además del aumento de la radiación UV-B, un aumento del CO₂ y de la temperatura, así como cambios significativos en la frecuencia y calidad de las precipitaciones (119). Incluso, el consenso científico predice un aumento global de la temperatura entre 1.5 y 4.5°C en los próximos 100 años, sumado al ya existente aumento de 0.6°C que ha experimentado la atmósfera desde la revolución industrial (119. 120).
RADIACIÓN UVYLA INTERACCIÓN CON FACTORES BIÓTICOS
En 1994, Caldwell y Flint especularon que el efecto más importante de un aumento de la radiación UV debiera manifestarse a nivel de ecosistemas, donde pequeños cambios en plantas individuales expuestas a UV-B se amplificarían con implicancia directa sobre múltiples niveles tróficos (118).
En el campo, el principal efecto del aumento de la radiación ultravioleta parece ser respuestas fotomorfogénicas que inducen una alteración en la partición y localización del carbono más que en reducciones significativas del crecimiento o de la acumulación de biomasa (73).
Independientemente de la sensibilidad o tolerancia que presenten las plantas frente al efecto de la radiación UV-B, las alteraciones que se producen en la composición química de éstas afectan significativamente la interacción que existe entre las plantas y las distintas comunidades de microorganismos. Es así como muchos de los cambios observados en la población de herbívoros, hongos y bacterias con relación a la exclusión y/o el aumento de la radiación UV-B, han sido correlacionados con los cambios que se generan en los metabolitos secundarios de plantas superiores (121,122) los que estarían mediando múltiples respuestas tróficas por efecto UV-B. Estos compuestos considerados filtros de radiación UV-B en las plantas actuarían también como compuestos antiherbívoros haciéndolas más resistentes al ataque de patógenos, mientras que otros metabolitos secundarios que son secuestrados por herbívoros específicos desde sus hospedantes pueden actuar directamente como compuestos de defensa contra sus depredadores o como precursores de compuestos de defensa (121). De esta manera, los metabolitos secundarios serían los principales candidatos implicados en mediar múltiples respuestas tróficas provocando consecuencias para autótrofos y para subsecuentes niveles tróficos (121,123).
Así también, muchos microorganismos que viven en la superficie de la hoja están expuestos al efecto de la radiación ultravioleta en parte o todo su ciclo de vida. Para estos microorganismos, la radiación UV impone una intensa selección, ya que a menudo son vulnerables al efecto UV durante los procesos de esporulación, dispersión e infección. El daño en el DNA es uno de los principales efectos observados en algunos hongos y bacterias expuestas aUV, incluyendo patógenos y microorganismos implicados en el proceso de descomposición de la materia orgánica en el suelo (121). Los daños que provoca la radiación UV-B en el DNA de estos microorganismos genera -vía mutagénesis- cambios en su composición genotípica, los que son heredables, aumentando de esta manera la variación genética en este nivel trófico (121.123). Estudios en campo del efecto de la UV en sistemas naturales muestran una reducción sostenida de herbívoros conforme aumenta la radiación UV-B y, por el contrario, la reducción de la radiación UV-B mediante filtros tiende a aumentar la severidad de las enfermedades (123). En este sentido, es importante hacer la distinción entre el efecto directo de la radiación UV-B que afecta la tasa de crecimiento de microorganismos y el efecto indirecto de la luz ultravioleta que altera la composición química de la planta hospedante, haciéndola más resistente al ataque de distintos patógenos (123,124).
Estudios en campo están empezando a mostrar que cambios en la radiación UV-B pueden tener a futuro consecuencias para los procesos del suelo y, de organismos asociados, aun no estando directamente expuestos a radiación UV incidente (119, 125). Por ejemplo, microorganismos importantes en la nutrición mineral como micorrizas y hongos que están asociados a raíces disminuyen sustancialmente con el aumento de la radiación UV-B (125). mientras que las interacciones entre plantas
y bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno podrían ser estimuladas por radiación UV-B. Pinto y colaboradores (2002) observaron que el proceso de nodulacion en plantas de poroto era estimulado por la radiación UV-B en conjunto con la producción de compuestos absorbedores de UV en raíces (126).
Aunque la radiación UV-B no llega a penetrar significativamente en el suelo, tiene un efecto directo en la descomposición de las hojas, al estimular el rompimiento fotoquímico de lignina y/o alterar la comunidad de microorganismos que participan en el proceso de descomposición de la materia orgánica, lo que genera importantes consecuencias para el ciclo de nutrientes minerales en el suelo (127).
La interacción y el balance total de todos estos procesos no han sido muy estudiados, sin embargo, la evidencia existente indica que el efecto directo de la UV-B en la descomposición de la materia orgánica varía entre especies, está confinada a los primeros meses después de la caída de las hojas y son relativamente pequeños en magnitud (118). Los mecanismos involucrados en el proceso de descomposición parecen estar relacionados a cambios persistentes en la calidad de la materia seca que proviene de la exposición a UV-B durante el crecimiento de la hoja, es decir, se relacionan con el contenido de flavonoides y otros compuestos fenólicos, así como la proporción de lignina y celulosa en los tejidos vegetales, lo que puede afectar o alterar la tasa de descomposición con implicancia directa en los ciclos biogeoquímicos (126,128).
RADIACIÓN UVYLA INTERACCIÓN CON OTROS FACTORES DEL CAMBIO CLIMÁTICO
El efecto combinado de una alta radiación UV-B y déficit hídrico ha sido abordado en diversos estudios, en los que se deja de manifiesto una reducción del crecimiento de las plantas y la alteración de distintos parámetros fisiológicos y bioquímicos (129). Ambos factores ambientales actuarían sinérgicamente sobre el metabolismo secundario de las plantas aumentando la producción de flavonoides (130). Además, la sequía y los altos flujos de radiación UV-B inducirían la producción de ceras cuticulares favoreciendo de esta manera la reflexión de la luz y la conservación del agua (24).
Un elevado CO₂ por sí solo tiene un efecto benéfico en algunas variedades de soya (131). debido a cambios morfológicos asociados a altos niveles de CO₂ que favorecen la fijación fotosintética del carbono, aumentando la productividad de la soya entre un 24 a 37% (132). El aumento de la producción de biomasa y del rendimiento de las semillas de soya observado a elevado CO₂, se mantiene cuando este factor ambiental interactúa con UV-B, debido a que el aumento de CO₂ compensa parcialmente el efecto negativo que genera la radiación UV-B en el crecimiento vegetativo y en procesos fisiológicos (132). Por el contrario, en plantas de tomate y de algodón, la combinación de alta radiación UV-B y elevado CO₂ no disminuye el efecto adverso de la UV-B, incluso provoca un daño más severo que en condiciones de CO₂ ambiental (133,134).
Por otra parte, Mark y Tevini ,en 1996, observaron que la reducción del crecimiento provocada por alta radiación UV-B en Helianfhus annuus L., cv. Polstar y en Zea mays L., cv. Zenit 2000, podía ser revertida con el aumento de la temperatura en 4°C (10). Esta interacción benéfica entre alta radiación UV-B y altas temperaturas, ha sido atribuida a una mayor tasa fotosintética que tendrían las plantas debido a que tanto la UV-B como las altas temperaturas facilitarían la activación de distintos mecanismos de protección, como por ejemplo aumento de la producción de flavonoides y de la síntesis de proteínas de shock término conocidas como HSP (heat shock protein) (10,119). Además, la interacción radiación UV-B y temperatura serían moduladores positivos de la actividad de la enzima nitrato reductasa (135). No obstante, en soya cultivada con altos flujos de radiación UV-B, el aumento de 1°C en la temperatura genera alteraciones en la morfología del polen y en la germinación (131). lo que tiene un impacto negativo en la productividad de este cultivo, la que es reducida en un 17% (131.136). Pero, durante el crecimiento vegetativo de esta especie, el aumento de CO₂ compensa el efecto dañino que producen las altas temperaturas y altos flujos de radiación UV-B sobre distintos aspectos fisiológicos (137).
CONCLUSIONES
Los distintos mecanismos de adaptación a radiación UV-B que se han documentado en plantas, hasta la fecha se relacionan esencialmente con estrategias que desarrollan éstas para evitar la penetración de este tipo de luz. Los cambios morfológicos que involucran la reducción del crecimiento son, sin lugar a duda, la respuesta más observada y se entiende como un mecanismo de protección que persigue disminuir
la cantidad de tejido expuesto y en consecuencia disminuir la absorción de luz UV Es común observar también cambios en el contenido de ceras que favorecen la reflexión de la luz y aumento en el contenido de compuestos absorbedores de radiación UV como fenoles y flavonoides, todos los cuales actuarían como filtros para impedir la penetración de esta radiación y prevenir el efecto dañino de la luz UV-B sobre distintos componentes celulares. Además, los metabolitos secundarios serían un factor común que mediaría en condiciones de radiación UV-B respuestas con consecuencias tanto para autotrofos como para subsecuentes niveles tróficos, lo que puede afectar las interacciones competitivas, el ciclo de nutrición, el ciclo y secuestro de carbono, y otros procesos a nivel de ecosistema.
Las investigaciones analizadas en este trabajo muestran además que las plantas expuestas a radiación UV-B activan mecanismos de protección contra el daño oxidativo sobre lípidos y proteínas. La inducción de la transcripción de genes relacionados con la fotosíntesis, estrés oxidativo y con el metabolismo de los fenilpropanoides demuestran el amplio reajuste de la transcripción genómica que demanda a las plantas mantener la homeostasis fisiológica en condiciones de estrés por UV. Además, demuestran la implicancia de ROS y RNS como promotores de genes que actúan en etapas tempranas del metabolismo de los fenilpropanoides, compuestos que tienen un rol como fotoprotectores y como responsables de la modulación de la respuesta de las plantas a radiación ultravioleta-B.
Por otra parte, la mantención de la estabilidad genómica llevada a cabo predominantemente por las enzimas ADN-fotoliasa resulta de vital importancia para la sobrevivencia de las plantas en condiciones de alta radiación UV-B. Esto debido a que esta radiación afecta directamente la integridad de las moléculas de ADN. Las plantas cuentan también con el mecanismo de reparación de ADN por excisión al igual que los organismos animales; no obstante, la fotorreparación cobra vital relevancia al ser un proceso clave en la protección de células no proliferativas de plantas que están continuamente sometidas al efecto UV-B de la radiación solar.
Si bien las plantas han desarrollado desde temprano en la evolución mecanismos de protección lo suficientemente eficientes para prevenir el efecto dañino de la radiación UV natural, las predicciones de un aumento de la radiación UV-B solar podrían tener un gran impacto en la productibilidad de los cultivos, debido principalmente a la disminución del crecimiento que se observa en las distintas especies vegetales estudiadas y al efecto que tiene sobre hongos y bacterias que son generalmente más sensibles a la UV-B que las plantas. Por lo tanto, se hace necesario abordar esta problemática de manera global, con más estudios que pudiesen predecir los cambios que provocaría el aumento de la radiación UV-B en la distribución de la vegetación y en la biocenosis asociada.
Además, en el contexto del cambio climático experimentado en los últimos años, donde no sólo se ha producido un aumento de la radiación UV-B sino también aumento de la concentración atmosférica de CO₂ y de la temperatura, es difícil poder
predecir cómo afectará las complejas interacciones que suceden entre procesos ecológicos y climáticos. Por tal motivo, es importante contar con más información que haga posible predecir las consecuencias que podrían tener las interacciones de estos factores, por ejemplo, en la eficiencia de los mecanismos enzimáticos de fotoproteccion, en la asimilación de CO₂ y futura disponibilidad de carbono.
AGRADECIMIENTOS
A las instituciones que financiaron la beca de Doctorado de Libertad Carrasco-Ríos: Gobierno Regional de Tarapacá, CONYCYT y CIHDE.