Abstract:
Animais que habitam ambientes aquáticos costeiros devem apresentar mecanismos para a manutenção de sua homeostase para tolerar as alterações recorrentes que ocorrem nestes ambientes. Entre essas alterações estão variações na salinidade e, algumas vezes, a presença de contaminantes, como o metal cobre. A manutenção da homeostase requer energia, fazendo com que os animais aumentem a produção de ATP através da estimulação das vias metabólicas responsáveis pela sua geração, como a via glicolítica e o ciclo de Krebs. Dessa maneira, é de extrema importância conhecer como a salinidade e o cobre interferem no metabolismo energético de animais aquáticos costeiros, em especial em espécies representantes de diferentes grupos abundantes nestes ambientes e que possuem características fisiológicas especificas, como os crustáceos, os peixes e os equinodermos. Em vista disso, o objetivo desta tese foi avaliar os efeitos do cobre no metabolismo energético no caranguejo Neohelice granulata, no peixe Fundulus heteroclitus e no pepino-domar Trachythyone crassipeda. Foram selecionadas enzimas consideradas marcapasso da via glicolítica (hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato quinase) e do ciclo de Krebs (citrato sintase ou isocitrato desidrogenase). Além disso, a enzima lactato desidrogenase também foi avaliada já que em situações de hipóxia, ela passa a ser uma importante via de reciclagem de NAD+. O órgão escolhido para analise foram as brânquias (caranguejo e peixe) e árvores respiratórias (pepino-do-mar) por serem o órgão que está em maior contato com a água, sendo mais susceptíveis à acumulação de cobre e estarem associadas com a iono e osmorregulação em peixes e crustáceos e com a excreção de amônia em crustáceos e holotúrias. O caranguejo N. granulata foi exposto (96 h) ao cobre nas salinidades 2 (1 mg Cu/L) e 30 (5 mg Cu/L) e, além das enzimas citadas anteriormente, também foram avaliados o potencial de membrana mitocondrial e atividade da citocromo c oxidase de mitocôndrias branquiais isoladas. Em geral, os resultados mostraram que o cobre afeta os parâmetros analisados, sendo mais tóxico em brânquias anteriores de caranguejos aclimatados à salinidade. No peixe F. heteroclitus, foi avaliado o efeito da exposição aguda ao cobre (30µg/L) por 96 h em peixes aclimatados a diferentes salinidades (0; 3,5; 11; e 35). Nesta espécie, um efeito mais toxico do cobre foi observado nos animais aclimatados à água doce. Isto sugere que, além de um efeito direto do cobre sobre a enzima Na+,K+- ATPase como observado em outros estudos, o metal causa um efeito indireto, já que uma menor quantidade de ATP está disponível para o funcionamento da bom de sódio-potássio. Os peixes de água salobra (salinidades 3,5 e 11) também podem estar com suas reservas energéticas depletidas, pois o cobre diminui a atividade da isocitrato desidrogenase. Em relação aos peixes de água salgada o mecanismo de toxicidade do cobre é outro que não um efeito sobre a iono/osmorregulação ou o metabolismo energético. O pepino-do-mar T. crassipeda foi exposto (96 h) a diferentes concentrações de cobre (0, 5, 9, e 20 µg Cu/L) na salinidade 33. A exposição a todas as concentrações de cobre testadas acarretou em um aumento da atividade da piruvato desidrogenase sugerindo uma situação similar à estivação, onde ocorre uma mudança do substrato energético preferencial em pepinos-do-mar. Além disso, a diminuição da atividade da lactato desidrogenase provocada pela exposição a todas as concentrações de cobre testadas é extremamente danosa a animais de baixo metabolismo, que tendem a obter energia preferencialmente por via anaeróbica. Com base nos resultados apresentados nesta tese, pode-se concluir que a exposição aguda a concentrações subletais do metal afeta o metabolismo energético, em especial a via glicolítica, nos animais estuarinos (caranguejo N. granulata e peixe F. heteroclitus) e marinhos (pepino-do-mar T. crassipeda) estudados, porém a extensão e o tipo de alteração variam conforme a espécie estudada e não é possível identificar um padrão único de resposta dos diferentes grupos animais (equinodermos, crustáceos e peixes) ao metal como é observado em animais de água doce.
The estuarine crab Neohelice granulata was exposed (96 h) to a sublethal copper concentration under two different physiological conditions (hyperosmoregulation: water salinity 2 ppt, 1 mg Cu/L; isosmotic: salinity 30 ppt, 5 mg Cu/L). After exposure, gills (anterior and posterior) were dissected and activities of enzymes involved in glycolysis (hexokinase, phosphofructokinase, pyruvate kinase, lactate dehydrogenase), Krebs cycle (citrate synthase), and mitochondrial electron transport chain (cytochrome c oxidase) were analyzed. Membrane potential of mitochondria isolated from anterior and posterior gill cells was also evaluated. In anterior gills of crabs acclimated to 2 ppt, copper exposure inhibited hexokinase, phosphofructokinase, pyruvate kinase, and citrate synthase activity, increased lactate dehydrogenase activity, and reduced the mitochondria membrane potential. In posterior gills, copper inhibited hexokinase and pyruvate kinase activity, and increased citrate synthase activity. In anterior gills of crabs acclimated to 30 ppt, copper exposure inhibited phosphofructokinase and citrate synthase activity, and increased hexokinase activity. In posterior gills, copper inhibited phosphofructokinase and pyruvate kinase activity, and increased hexokinase and lactate dehydrogenase activity. Copper did not affect cytochrome c oxidase activity in either anterior or posterior gills of crabs acclimated to salinities 2 and 30 ppt. These findings indicate that exposure to a sublethal copper concentration affects the activity of enzymes involved in glycolysis and Krebs cycle, especially in anterior (respiratory) gills of hyperosmoregulating crabs. Changes observed indicate a switch from aerobic to anaerobic metabolism, characterizing a situation of functional hypoxia. In this case, reduced mitochondrial membrane potential would suggest a decrease in ATP production. Although gills of isosmotic crabs were also affected by copper exposure, changes observed suggest no impact in the overall tissue ATP production. Also, findings suggest that copper exposure would stimulate the pentose phosphate pathway to support the antioxidant system requirements. Therefore, despite N. granulata is very tolerant to copper, acute exposure to this metal can disrupt the energy balance by affecting biochemical systems involved in carbohydrate metabolism.
