Antarctic fish metabolic responses as potential biomarkers of environmental impact [Respostas Metabólicas de peixes Antárticos como marcadores de impacto ambiental]

Abstract

Most of the biochemical and physiological studies of Antarctic fish were directed to understand the molecular adaptation of these ectotherms to low temperatures and limits of their metabolic plasticity associated with thermal stress. The principal objective of this review is to discuss the energy metabolism, of L-arginine, antioxidant defense and the xenobiotics of Antarctic fishes as possible markers of environmental change. With the establishment of the circumpolar current and the physical isolation of the region, Antarctic fishes evolved under stable low temperatures. The elevated endemism, low diversity, and the probable stenothermality motivated a number of studies on Antarctic fishes. The presence of enzymes with physical and chemical properties adapted to low temperatures was evident in various studies and fortified the cold adaptation concept of these organisms. By ratifying the Antarctica Environmental Protection Treaty (Madrid protocol), the member countries committed themselves to monitoring the environment of the region. Though, it is one of the most pristine regions of the planet, increasing human activity in Antarctica has given rise to concerns about pollution from combustion oils, heavy metals and sewage. As the energy sustainability of the tissues requires that the velocity of the ATP generator systems should be in step with the energy demand, changes in the environment would lead to elevation in the energy demand of the organisms, which in turn demanded an adjustment of the ATP synthesis velocity. In these cases the enzymatic upregulation and downregulation have been used as biomarkers of the energy metabolism. Traditionally, the antioxidant defense enzymes and the xenobiotic metabolism of fishes have been used as biomarkers to access the natural or anthropic environmental change. However, these studies must correlate the levels of enzymes with the principal risk factors in the environmental pollution. L-arginine metabolism enzymes have been used as biomarkers of the physiological response in mammals, but there are few studies on Antarctic fishes. The central role of the amino acid L-arginine in the synthesis of nitric oxide, polyamines and as a signal in various physiological processes has drawn the attention of scientists. The tissue distribution and the isoforms distribution, along with its control via upregulation and downregulation of the arginase enzymes, nitric oxide synthase and ornithine decarboxylase in Antarctic fishes are potential biomarkers for environmental change.

O principal objetivo desta revisão é discutir o metabolismo energético da L-arginina, a defesa antioxidante e os xenobióticos dos peixes antárticos como possíveis marcadores de mudanças ambientais. Com o estabelecimento da corrente circumpolar e o isolamento físico da região, os peixes antárticos evoluíram sob baixas temperaturas estáveis. O endemismo elevado, a baixa diversidade e a provável stenthermability motivaram uma série de estudos em peixes antárticos. A presença de enzimas com propriedades físicas e químicas adaptadas a baixas temperaturas foi evidente em vários estudos e fortaleceu o conceito de adaptação a frio desses organismos. Ao ratificar o Tratado de Proteção Ambiental da Antártica (protocolo de Madri), os países membros se comprometeram a monitorar o meio ambiente da região. Apesar, é uma das regiões mais puras do planeta, o aumento da atividade humana na Antártida deu origem a preocupações com a poluição causada por óleos de combustão, metais pesados ​​e esgoto. Como a sustentabilidade energética dos tecidos exige que a velocidade dos sistemas geradores de ATP esteja em sintonia com a demanda de energia, as mudanças no ambiente levariam à elevação da demanda de energia dos organismos, o que, por sua vez, exigia um ajuste do ATP. velocidade de síntese. Nestes casos, a regulação positiva e negativa da enzima tem sido utilizada como biomarcadores do metabolismo energético. Tradicionalmente, as enzimas de defesa antioxidante e o metabolismo xenobiótico dos peixes têm sido utilizados como biomarcadores para acessar as mudanças ambientais naturais ou antrópicas. Contudo, esses estudos devem correlacionar os níveis de enzimas com os principais fatores de risco na poluição ambiental. As enzimas do metabolismo da L-arginina têm sido utilizadas como biomarcadores da resposta fisiológica em mamíferos, mas existem poucos estudos em peixes antárticos. O papel central do aminoácido L-arginina na síntese de óxido nítrico, poliaminas e como sinal em vários processos fisiológicos chamou a atenção dos cientistas. A distribuição tecidual e a distribuição das isoformas, juntamente com seu controle via regulação positiva e negativa das enzimas arginase, óxido nítrico sintase e ornitina descarboxilase em peixes antárticos, são potenciais biomarcadores para mudanças ambientais. As enzimas do metabolismo da L-arginina têm sido utilizadas como biomarcadores da resposta fisiológica em mamíferos, mas existem poucos estudos em peixes antárticos. O papel central do aminoácido L-arginina na síntese de óxido nítrico, poliaminas e como sinal em vários processos fisiológicos chamou a atenção dos cientistas. A distribuição tecidual e a distribuição das isoformas, juntamente com seu controle via regulação positiva e negativa das enzimas arginase, óxido nítrico sintase e ornitina descarboxilase em peixes antárticos, são potenciais biomarcadores para mudanças ambientais. As enzimas do metabolismo da L-arginina têm sido utilizadas como biomarcadores da resposta fisiológica em mamíferos, mas existem poucos estudos em peixes antárticos. O papel central do aminoácido L-arginina na síntese de óxido nítrico, poliaminas e como sinal em vários processos fisiológicos chamou a atenção dos cientistas. A distribuição tecidual e a distribuição das isoformas, juntamente com seu controle via regulação positiva e negativa das enzimas arginase, óxido nítrico sintase e ornitina descarboxilase em peixes antárticos, são potenciais biomarcadores para mudanças ambientais.