Metabolismo energético de carboidratos e de proteínas em Astyanax lacustris submetidos a estresse térmico agudo

Abstract

Resumo: Organismos aquáticos, em especial que habitam rios e pequenos afluentes de águas, estão mais expostos a variações térmicas se comparados a grandes porções hidrográficas, afetando mais facilmente a ictinofauna presente. Como organismos ectotérmicos, a temperatura é o principal fator abiótico que interfere no desenvolvimento de peixes, e mudanças que extrapolam a faixa de temperatura adequada à espécie levam a uma condição de estresse térmico implicando mudanças no equilíbrio de suas atividades bioquímicas, moleculares e fisiológicas. Neste contexto, o estresse térmico sofrido por peixes e sua consequente perda da homeostase, tem repercussão desde a capacidade de ingestão de alimentos até os processos digestivos, a eficiência na absorção de nutrientes e ao estoque do excedente de energia. Com o objetivo de avaliar como uma condição de choque térmico agudo em alta temperatura afeta o metabolismo de carboidratos e proteínas em Astyanax lacustris, o presente trabalho fez uso de método espectrofotométrico para inferir a atividade enzimática de 8 biomarcadores (hexoquinase, lactato desidrogenase, malato desidrogenase, glicose-6-fosfato desidrogenase, citrato sintase, aspartato aminotransferase, alanina aminotransferase, glutamato desidrogenase) do metabolismo energético, amostrados no encéfalo, fígado, músculo e brânquias desse peixe, em 5 tempos de exposição ao estresse térmico ( 2, 6, 12, 24 e 48 horas). O Encéfalo apresentou um aumento da atividade enzimática em todos os biomarcadores analisados, com exceção de alanina aminotransferase, em um primeiro momento. O órgão que teve maior prejuízo em sua atividade metabólica em relação aos respectivos controles foram as brânquias, possivelmente por estar mais exposta ao meio externo e a desnaturalização proteica. Enzimas como lactato desidrogenase e glutamato desidrogenase apresentaram aumento em sua atividade em todos os tempos analisados no fígado quando comparadas aos seus controles em temperatura de aclimatação. Dentre as inúmeras metodologias de inferência da atividade enzimática as baseadas em espectrofotometria são amplamente utilizadas. Baseado nisso este trabalho propôs uma metodologia de otimização do cálculo da atividade enzimática de dados provenientes da leitura de microplacas pelo espectrofotômetro, baseado na seleção do grupo ótimo de leituras respeitando as restrições metodológicas da literatura através do use de sliding window. Foi encontrado diferenças significativas entre o algoritmo proposto e os cálculos manuais para determinação da porção linear da curva de absorbância, no slope resultante e consequentemente na atividade enzimática para as amostras analisadas

Abstract: Aquatic organisms, particularly those inhabiting rivers and small water tributaries, are more exposed to thermal fluctuations compared to those in larger hydrographic systems, which more readily affects the local ichthyofauna. As ectothermic organisms, temperature is the main abiotic factor influencing fish development, and deviations beyond the optimal thermal range for a given species result in thermal stress, leading to disturbances in the balance of their biochemical, molecular, and physiological processes. In this context, thermal stress experienced by fish and the consequent loss of homeostasis can impact a wide range of biological functions, from food intake and digestion to nutrient absorption efficiency and energy storage. With the aim of evaluating how acute high-temperature thermal shock affects carbohydrate and protein metabolism in Astyanax lacustris, this study employed a spectrophotometric method to infer the enzymatic activity of eight biomarkers (hexokinase, lactate dehydrogenase, malate dehydrogenase, glucose-6 phosphate dehydrogenase, citrate synthase, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, and glutamate dehydrogenase) related to energy metabolism. These were assessed in the brain, liver, muscle, and gills of the fish at five different thermal stress exposure durations (2, 6, 12, 24, and 48 hours). The brain exhibited increased enzymatic activity across all analyzed biomarkers, except for alanine aminotransferase, at the initial stages. The gills showed the most significant impairment in metabolic activity compared to the respective control groups, likely due to their greater exposure to the external environment and consequent protein denaturation. Enzymes such as lactate dehydrogenase and glutamate dehydrogenase exhibited increased activity at all time points in the liver when compared to the control groups maintained at acclimation temperature. Among the various methods for inferring enzymatic activity, spectrophotometric approaches are widely used. Based on this, the present study proposed an optimization methodology for calculating enzymatic activity from microplate readings obtained via spectrophotometry. This method was based on the selection of the optimal set of readings, adhering to methodological constraints reported in the literature, through the use of a sliding window approach. Significant differences were observed between the proposed algorithm and manual calculations in determining the linear portion of the absorbance curve, the resulting slope, and consequently the enzymatic activity of the analyzed samples