Carboxilesterase como biomarcador de hipoxia em peixes

Quando as esterases acetilcolinesterase (AChE), butirilcolinesterase (BChE) e carboxilesterase (CarbE) hidrolisam ésteres de fosfato seus sítios ativos sofrem fosfatação inibitória. Por isto, tal fosfatação pode proteger seres vivos contra o espalhamento de xenobióticos organofosforados dentro de seus corpos, já que estas enzimas têm a capacidade de captar moléculas de pesticidas organofosforados estequiometricamente. Os organismos terrestres vivem em um ambiente com mais oxigênio do que os organismos aquáticos. Na água, quando o nível de oxigênio atinge aproximadamente 2,6 mg/L o ambiente está em hipoxia. Este fenômeno afeta ecossistemas aquáticos, uma vez que muitos organismos não conseguem se adaptar à baixa do oxigênio. Estudamos peixes em hipoxia e hiperoxia para entender melhor a bioquímica do funcionamento de suas enzimas captadoras de organofosforados quando eles estão expostos às variações físico-químicas de seus habitats. Dois grupos de no mínimo seis pacus (Piaractus mesopotamicus), seis peixes dourados (Carassius auratus auratus), seis tilápias (Oreochromis niloticus niloticus), seis piavussus (Leporinus macrocephalus), seis apaiaris (Astronotus ocellatus), ou seis carpas (Cyprinus carpio carpio) foram aclimatados à temperatura ambiente em dois aquários de 250 L. No primeiro aquário, pelo menos três animais ensaio de cada espécie sofreram hipoxia por diminuição da concentração de oxigênio até 0,5 mg/L através de borbulhamento de nitrogênio na água. Quando estes animais atingiram a hipoxia foram mantidos a 0,5 mg/L de oxigênio por 6, 8, 24 ou, no máximo, por 42 horas. Três peixes controle de cada espécie foram mantidos em normoxia (4,5 até 7,0 mg/L de oxigênio). Após estes tempos houve a retirada de cerca de 3,5 mL de sangue e dos fígados. Depois de coagular, o sangue foi centrifugado para retirada do soro sobrenadante, que foi usado como amostra para ensaios das esterases. Os fígados foram armazenados em freezer a -70 C e, no momento do ensaio, homogeneizados e centrifugados para obter as frações citosólica e microssomal. As atividades das esterases foram ensaiadas em espectrofotômetro com os substratos acetiltiocolina, butiriltiocolina ou p-nitrofenilacetato. As atividades sobre p-nitrofenilacetato (CarbE) do soro e do fígado sofreram queda em todos os exemplares das espécies submetidos à hipoxia. Tipicamente, esta atividade caiu cerca de 50% nos soros de pacus mantidos por 42 h sob concentrações de oxigênio abaixo de 1,0 mg/L. O tempo para que ocorresse a queda desta atividade enzimática variou de espécie para espécie.

When the esterases acetylcholinesterase (AChE), butyrylcholinesterase (BChE) and carboxylesterase (CarbE) hydrolyze phosphate esters their active sites undergo inhibition by phosphorylation. Therefore, such phosphorylation may protect living beings against the spreading of organophosphates xenobiotics into their bodies, since these enzymes are capable of collecting organophosphate pesticide molecules stoichiometrically. Terrestrial organisms live in an environmental with more oxygen than aquatics organisms. In water, once the level of oxygen reaches 2.6 mg/mL, the environment is a hypoxic one. This occurrence affects aquatic ecosystem, as many organisms cannot adapt to low oxygen availability. We have been studying fish exposed to hypoxia and hyperoxia in order to understand better the biochemistry of enzymes capable of picking up organophosphates when fish are exposed to changes in the physical-chemistry of their habitats. Two groups of at least six pacus (Piaractus mesopotamicus), six goldfishes (Carassius auratus auratus), six tilapias (Oreochromis niloticus niloticus), six piavussus (Leporinus macrocephalus), six oscars (Astronotus ocellatus) or six carps (Cyprinus carpio carpio) were acclimated in two aquariums of 250 L. In separate aquaria, at least three assay animals of each species suffered hypoxia by decreasing the concentration of oxygen up to 0.5 mg/mL by bubbling nitrogen in the water. Once these animals reached hypoxia they were maintained at 0.5 mg/mL of oxygen for 6, 8, 24 or no more than 42 hours. Three control fish of each species were kept in normoxia (4.5 to 7 mg/mL of oxygen). Then, 3.5 mL of blood were withdrawn, fishes were sacrificed and their liver removed. After clotting, blood was centrifuged to remove the supernatant serum, which was used as a sample for assaying esterase activities. Livers were stored at -70 C and, at the time of the enzyme assays, homogenized and centrifuged to obtain the cytosolic and microsomal fractions. Esterase activities were assayed using a spectrophotometer with the substrates acetylthiocholine, butyrylthiocholine or p-nitrophenylacetate. The serum and liver activities with p-nitrophenylacetate fell in all specimens subjected to hypoxia. Typically, in pacu kept for 42 h below 1.0 mg of oxygen per liter this activity dropped about 50%. The time required for the drop on enzyme activities varied from species to species.