Funções Metabólicas nos Animais que Hibernam

A hibernação  é um mecanismo de sobrevivência utilizado por muitos animais em períodos em que as condições ambientais  se encontram bastante adversas ou ainda quando a quantidade de alimentos disponível é menor do que a necessária para a manutenção da temperatura corporal do animal.

A respiração quase cessa, o número de batimentos cardíacos diminui o metabolismo, ou seja, todo o conjunto de processos bioquímicos que ocorrem no organismo restringe-se ao mínimo.

Várias adaptações que ocorrem quando um animal está hibernando:

• O ritmo cardíaco cai a até 2,5% de seu nível normal. O ritmo cardíaco de uma tâmia diminui para 5 batidas por minuto em vez das 200 normais.

• A freqüência respiratória cai de 50% a 100% (sim, 100%). Alguns animais param de respirar completamente. Alguns répteis atravessam seu período de hibernação sem respirar e mesmo mamíferos mostraram capacidade de sobreviver com suprimentos de oxigênio bem reduzidos.

• A consciência é muito diminuída e varia conforme a espécie, mas muitos animais em hibernação ficam completamente esquecidos de seu ambiente, sendo quase impossível despertá-los. Se você fosse despertar um animal hibernando no meio do inverno, talvez o matasse. Ele usaria tanta energia para despertar que não teria chance de fazer isso na primavera, mesmo se pudesse reentrar em hibernação.

Com o decorrer do tempo, as reservas de glicogênio estão quase completamente exauridas e o sistema nervoso precisa encontrar glicose para manter-se em funcionamento. Inicia-se então o estágio 2, em que a glicose passa a ser formada por gliconeogênese a partir do glicerol, de proteínas e de corpos cetônicos, os quais são produzidos pelo metabolismo dos lipídeos. A elevação dos níveis sanguíneos de corpos cetônicos tem um efeito negativo no balanço ácido-base sanguíneo. Em relação ao catabolismo das proteínas, este permanece reduzido. Entretanto, pequenas quantidades de proteínas são continuamente degradadas tanto para produzir glicose para o sistema nervoso como para produzir os intermediários do Ciclo de Krebs (fluxo anapleótico).

Quando as reservas de lipídeos estão praticamente esgotadas, a demanda de energia do sistema nervoso necessita de uma nova fonte de glicose. Inicia-se então o estágio 3, em que a glicose é formada pela gliconeogênese a partir das proteínas, o que eleva os níveis plasmáticos de nitrogênio.

De forma geral, o esquema acima pode variar entre diferentes espécies. Por exemplo, algumas aves migratórias iniciam o catabolismo de proteínas mais cedo quando em jejum.

Expressão gênica durante a hibernação

Recentemente, descobriu-se que os animais se preparam durante o período de hibernação para sair dela em um momento seguinte. Ao sair do estado de hibernação, a respiração é reativada e o corpo do animal se vê inundado por oxigênio, o qual sabemos ser uma molécula altamente reativa, que passa então a reagir com outras moléculas, produzindo radicais livres (como o peróxido de hidrogênio – H₂O₂). Os radicais livres são moléculas responsáveis por danos celulares em geral, mas principalmente pelos seus danos em ácidos nucléicos (DNA e RNA).

Para evitar os danos causados pelos radicais livres, durante a hibernação os animais sintetizam algumas enzimas antioxidantes como a catalase, a superóxido dismutase e a glutationa peroxidase. De forma geral, a reação de eliminação de peróxido de hidrogênio é dada por:

2H₂O₂ →   2H₂O + O₂

Ainda em relação à síntese de proteínas/enzimas específicas, os animais em hibernação expressam de forma sazonal um inibidor de proteases chamado α₂-macroglobulina, o que é muito importante para evitar a degradação de proteínas. Além disso, tem-se demonstrado que esta proteína desempenha um papel importante no controle da coagulação sanguínea, melhorando a microcirculação.

Outros genes expressos durante o período de hibernação são: UCP2 (Uncoupling Protein 2) no tecido adiposo branco, UCP3 no músculo esquelético, FABP (heart-type fatty acid biding protein) no tecido adiposo marrom, no músculo esquelético e no coração, adipose-type FABP no tecido adiposo marrom e no coração, subunidade 1 da citocromo-c oxidase e ATP sintase 6/8 nos rins, subunidade 2 da NADH-ubiquinona oxidoredutase no coração, músculo esquelético e fígado, cadeia leve 1 da miosina ventricular no coração e no músculo esquelético. Além desses, muitos outros genes são ativados e inibidos durante tal processo, demonstrando toda a regulação genética envolvida.

Reaquecimento do animal

Retomando o conhecimento da estrutura interna da mitocôndria e da fosforilação oxidativa os prótons H⁺ bombeados através das proteínas da membrana interna da mitocôndria para o espaço intermembranas retornam à matriz mitocondrial pela proteína ATPsintase, a qual, ao unir os prótons  H⁺ ao oxigênio molecular (O₂), produz moléculas de água, promovendo fosforilação do ADP, produzindo então as moléculas de ATP. Nesse sentido, dizemos que o retorno dos prótons H⁺ (a favor de um gradiente de concentração e elétrico) está acoplado à síntese de ATP.

 

Fosforilação oxidativa

Animais hibernantes e os adaptados à estivação possuem grandes quantidades de uma proteína chamada UCP (Uncoupling Protein – proteína desacopladora) na membrana interna de suas mitocôndrias. Essa proteína, como o próprio nome sugere, desacopla a volta dos prótons H⁺, fazendo com que retornem à matriz mitocondrial sem a sua passagem pela ATPsintase, o que não produz moléculas de ATP. Os prótons H⁺, ao retornarem à matriz via UCP, liberam a energia que seria utilizada na formação de ATP na forma de calor, o que eleva a temperatura do animal.

UCP desacoplando a síntese de ATP. A energia que seria utilizada na fosforilação do ADP é liberada na forma de calor.

Se um animal está queimando gordura ou petiscando nozes armazenadas durante todo o inverno, o que acontece com todos os resíduos? Nenhuma matéria fecal é produzida porque nada está passando através do trato digestivo e dos intestinos. Mas o corpo está sempre produzindo uréia, o produto residual que é o principal componente da urina. Os corpos dos animais em hibernação são capazes de reciclar a uréia. Os ursos não urinam durante todo o inverno, mas rompem a uréia transformando-a em aminoácidos. Ainda que eles não bebam líquidos, não ficam desidratados, pois são capazes de extrair água suficiente de sua gordura corporal para permanecer hidratados.

Aluno:Guilherme Dias Lopes

Bibliografia:

http://ciencia.hsw.uol.com.br/hibernacao4.htm

http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=3927&bd=1&pg=3&lg=

http://ciencia.hsw.uol.com.br/hibernacao3.htm