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

Uma das questões mais intrigantes relacionadas ao período de saída da hibernação é o fato de como os animais conseguem aumentar a temperatura corpórea (termogênese) para níveis normais com quase nenhum combustível disponível, sendo que, além disso, esse pouco resíduo de combustível deve ser compartilhado com outras funções além da termogênese, como a volta da proliferação celular, por exemplo.

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.

Referências consultadas:

http://ciencia.hsw.uol.com.br/hibernacao3.htm <Acessado 07 de Novembro 2010>

http://blog.controversia.com.br/2009/09/19/soluo-tropical/ <Acessado 07 de Novembro 2010>

http://pt.wikipedia.org/wiki/Hiberna%C3%A7%C3%A3o <Acessado 15 de Novembro 2010>

http://www.infoescola.com/biologia/hibernacao/ <Acessado 15 de Novembro 2010>

http://saude.hsw.uol.com.br/celulas-de-gordura1.htm <Acessado 15 de Novembro 2010>

http://otaodabiologia.wordpress.com/2008/10/17/ursos-nao-hibernam/ <Acessado 15 de Novembro 2010>

 http://otaodabiologia.wordpress.com/2008/10/31/ursos-nao-hibernam-ii-o-despertar/ <Acessado 15 de Novembro 2010>

Karasov, W. H. & Martinez del Rio, C. Physiological Ecology. Princeton University Press, 2007