Acesso a informaçãoMitocôndria regula o desenvolvimento e a resposta ao estresse em plantas
Na edição do dia 17 de Junho de 2015, a revista internacional New Phytologist (fator de impacto: 7.6), publicou o artigo ‘‘Succinate dehydrogenase (mitochondrial complex II) is a source of reactive oxygen species in plants and regulates development and stress responses''. Liderado pelo Prof. Antonio Galina, o grupo formado por seis pesquisadores de duas universidades federais (UFRJ e UFRGS) avaliou a capacidade da succinato desidrogenase (SD, um complexo protéico enzimático integrante da cadeia respiratória) em gerar espécies reativas de oxigênio (EROs) nas mitocôndrias vegetais.
Esse trabalho é um desdobramento do estudo principal publicado em 2013 no periódico Biochemical Journal e intitulado ''Nitric oxide inhibitssuccinatedehydrogenase-drivenoxygenconsumption in potatotubermitochondria in anoxygentension-independentmanner'', no qual o NO (óxido nítrico, um gás de radicais livres) é apontado como um inibidor covalente e reversível autêntico da SDH, afetando diretamente no crescimento das plantas.
Eles também analisaram o efeito da produção das espécies reativas de oxigênio dependente da succinato desidrogenase no crescimento das plantas e viram que ela está relacionada com a regulação da expressão de genes envolvidos no desenvolvimento da planta e respostas ao estresse.
O trabalho obteve resultados que evidenciaram que a succinato desidrogenase atua como uma fonte direta da produção de EROs em plantas, além de também modular diferentes processos de sinalização celular, como o ciclo celular e respostas ao estresse, que são fundamentais para o desenvolvimento normal da planta.
O Prof. Antonio Galina aceitou ser entrevistado por nós e esclareceu algumas questões de seus artigos na entrevista que você lerá a seguir.
PORTAL BIOQMED. Bom dia, professor Antonio! Agradecemos por responder ao nosso Portal algumas perguntas sobre seu artigo! Professor, sabemos que a cadeia respiratória é de grande importância para os organismos aeróbios. Em células eucarióticas, ela impulsiona a maior parte da síntese de ATP, integrando a maquinaria molecular que está envolvida na produção de energia mitocondrial. A cadeia respiratória possui diversos complexos protéicos, sendo um deles o complexo II (succinato desidrogenase). Qual o papel central deste complexo enzimático no metabolismo mitocondrial? O que é importante saber sobre a estrutura dele?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. O complexo II é um complexo muito importante não só para o metabolismo aeróbio. Para o metabolismo anaeróbio, os organismos que vivem com a total ausência ou com níveis muito baixos de oxigênio, a mitocôndria vai ter um papel importante para fazer produtos de fermentação anaeróbia, principalmente na fermentação anóxica. Por exemplo, nos vermes que vivem em nosso intestino, a concentração de oxigênio é muito baixa. Esses vermes precisam da mitocôndria para poder fermentar. Aqui já vemos que a importância desse complexo não é só para a respiração celular, que é a mais notória, mas ele é muito importante em outros tipos de metabolismos da mitocôndria, como (i) a oxidação do succinato ou (ii) a formação do succinato, porque o fumarato que é um produto da reação que ela catalisa e pode ser um aceptor de elétrons. Quando existem elétrons sobrando dentro da célula e não há oxigênio, o fumarato pode ser um aceptor, então essa enzima é importante porque cria um aceptor alternativo de elétrons.
No metabolismo aeróbio, sabemos hoje que a succinato desidrogenase participa de diferentes processos, um deles é a resposta à hipóxia, quando o organismo está respirando mas encontra uma baixa tensão de oxigênio, fato que faz suas células dispararem mecanismos pra ativar o metabolismo anaeróbio ou ativar a fermentação. Existe uma proteína chamada HIF (Hypoxia Inducible Factor), um fator de transcrição, que é destruído na presença de oxigênio. Quando a tensão de oxigênio começa a diminuir, o metabolismo da mitocôndria vai se tornando mais lento e os intermediários do Ciclo de Krebs começam a acumular. Dentre eles, o succinato começa a acumular e vai participar da modulação da estabilização do HIF, ativando outros genes de resposta a hipóxia. É fundamental fazer succinato para regular a resposta à hipóxia no metabolismo aeróbio em célula animal.
Agora, vamos passar para um outro sistema onde ele é importante também, que seria a resposta a sinalização redox. Existem várias proteínas e fatores que respondem a um balanço de NADH e FADH2 reduzido e oxidado. Esses cofatores funcionam regulando o nível de glutationa reduzida e oxidada e esse mecanismo interage com mecanismos de proteínas que são alvo também desse potencial redutor e ficarão mais oxidadas ou mais reduzidas. Portanto, existem vias de sinalização que são moduladas pela quantidade de moléculas em estado reduzido ou oxidado na célula. Mas quem é o sinalizador redox, ou seja, qual é a molécula que sinaliza o balanço redox? Na verdade é preciso que exista um mensageiro, mas quem seria o mensageiro? Chama-se água oxigenada ou peróxido de hidrogênio e, na cadeia transportadora de elétrons, ela é formada a partir da formação do ânion superóxido, que é um radical livre formado ao nível do complexo I da cadeia de elétrons e do complexo III. E não se tem até hoje evidência que ele seja formado pela ação do complexo II. Nosso trabalho demonstrou inequivocamente que o complexo II deixa vazar elétrons sim! Isso se dá através de uma proteína que é na verdade uma flavoproteína pois ela tem grupos ferro e enxofre, atuando como se fosse um nano condutor de elétrons que vão ser transportados até a ubiquinona. O complexo II é formado por várias subunidades e nas plantas ele tem ainda subunidades adicionais. Até o presente trabalho não se tinha uma evidência tão forte de que o complexo II poderia gerar superóxido ou peróxido de hidrogênio. De fato, não conseguimos definir exatamente qual a espécie que sai, mas mostramos evidências de que sai uma espécie reativa de oxigênio que no final vai fazer peróxido de hidrogênio. Portanto, em plantas, podemos dizer usando evidências fortes que o complexo II está trabalhando não só para respiração, mas também para sinalização celular -- e por isso o trabalho foi aceito em uma revista de bastante impacto na área vegetal. Portanto, quando há um estresse na planta, isso aumenta muitas vezes a resposta da mitocôndria, o que pode gerar a produção desse segundo mensageiro (H2O2) que vai preparar e modular a planta para uma resposta ao estresse.
PORTAL BIOQMED. A cadeia respiratória é também reconhecida como uma fonte importante de espécies reativas de oxigênio (EROs). Primeiro, o que são essas espécies moleculares? Quais os principais complexos responsáveis pela produção das espécies reativas de oxigênio? Como a formação de EROs acontece nesses complexos? O que induz sua produção nesses complexos? Quais novas informações seu estudo acrescenta à literatura envolvendo a succinato desidrogenase?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. As EROs podem ser basicamente de dois tipos: (i) radicais livres e (ii) espécies reativas. São coisas similares mas não a mesma coisa e a diferença é química. Todas as duas são agentes oxidantes fortes. O radical livre tem um elétron desemparelhado, e isso é altamente instável para o átomo, então ele quer logo estabelecer um estado de menor energia quântica, que é receber um elétron para equilibrar aquele orbital. Por exemplo: o oxigênio recebe uma energia ultravioleta e, com a energia luminosa, ele é capaz de fazer o elétron mudar o spin. A molécula de oxigênio tem dois elétrons, mas eles não estão desemparelhados, eles estão se neutralizando. Só pelo fato dele absorver energia e se excitar, ele pode mudar o spin, então fica com giros iguais. Um roda para um lado e um para o outro e então o campo magnético de um anula o do outro. Porém, quando há absorção dessa energia, os dois criam dois campos magnéticos, e isso é reativo! Isso vai reagir porque agora ele ficou desemparelhado e se tiver uma molécula que dê um elétron pra neutralizar, ele vai reagir para estabelecer o estado fundamental. Agora, você tem espécies onde há uma quebra da ligação covalente, que pode ser heterolítica, um átomo leva um par e o outro fica carente, ou homolítica, ela quebra no meio e cada um vira um radical. Nisso, cada um tem um elétron desemparelhado e esse radical vai tender a reagir rápido com o primeiro elétron desemparelhado disponível, por isso o tempo de vida dele é bem pequenininho. Isso ocorre no ânion superóxido, no radical hidroxila e são estágios intermediários de redução da molécula de oxigênio à molécula de água.
Mas existe a situação em que a espécie é reativa, mas não é um radical livre, como é o caso do peróxido de hidrogênio (H2O2): ele está equilibrado, sem elétrons desemparelhados. Entretanto, ele tem orbitais vazios e por isso vai reagir. Ele irá oxidar e arrancar um elétron de alguma outra molécula -- que pode um lipídeo, uma proteína ou um açúcar -- para preencher esses orbitais que estão vagos. Portanto, o H2O2 é uma espécie reativa de oxigênio, mas não é um radical livre. Sempre que for radical livre, há um elétron desemparelhado. Já espécies reativas não têm elétrons desemparelhados, mas reagem igualmente. Na cadeia transportadora de elétrons, os complexos I e III têm forte tendência a doar elétrons e quem está puxando esses elétrons pra si é o oxigênio pois é ele que tem a maior afinidade e uma tendência em ser reduzido a água (H2O). Tem um colega meu que diz que o sonho de consumo de qualquer oxigênio é virar uma água! Quando ele é água, ele é muito estável. 
Portanto o oxigênio tende a virar água, mas na cadeia respiratória ele só vai fazer isso no complexo IV (citocromo C oxidase), que é o complexo que forma a água. A redução do oxigênio à água acontece dentro dele de uma forma que não deixa nenhum intermediário. Na verdade, é preciso receber o átomo de oxigênio pra formar duas moléculas de H2O e isso é feito quando ele recebe quatro elétrons (H+) e, ao recebê-los, o oxigênio vai passando por estágios intermediários: superóxido, peróxido de hidrogênio, radical hidroxila e, finalmente, água! Tudo isso acontece dentro do complexo IV e ele não deixa esses intermediários vazarem. Entretanto, se acontece um acúmulo do fluxo de elétrons na cadeia, isso aumenta a probabilidade de algum elétron vazar e sair da cadeia, porque o sistema está "engarrafado". Imagine o sistema de tráfego: aqui na universidade, se bloquearem a saída do prédio, o trânsito vai ficar engarrafado quando eles abrirem de novo. Se o complexo entupir de elétrons, eles irão começar a vazar assim como os carros. Assim, eles vão começar a "subir na grama", a quererem sair desesperados, a criar novos caminhos... O mesmo vai acontecer com o oxigênio já que ele não reconhece apenas a citocromo oxidase, ele também pode querer sair em outros pontos da cadeia de elétrons e capturar esses elétrons que estão querendo pular fora. A grande questão é: como manter o fluxo de elétrons para evitar esse escape? Isso é realizado através de um complexo mecanismo molecular. Uma das coisas que sabemos que controla bem esse fluxo é o que chamamos de gradiente de prótons. O nosso corpo oxida os alimentos, num processo no qual capturamos os elétrons através das moléculas carreadoras NAD e FAD, que doam esses elétrons para os complexos e que na verdade são bombas protônicas, bombeando prótons para o espaço inter-membrana da mitocôndria. Isso causa um gradiente eletroquímico de prótons: se tem muito próton, vai ficar difícil pra bombear mais. Imagine uma caixa d’água que encheu e está tampada, logo, há ali uma pressão. O que vai acontecer na cadeia é que o fluxo de elétrons ficará lento porque o elétron só vai para o oxigênio se o próton for bombeado. Senão ele fica ali parado porque pode haver um excesso de doadores de elétrons. E assim, pode ocorrer o escape desses elétrons, formando o superóxido. Nesse caso, a superóxido dismutase, uma enzima que existe na mitocôndria, vai transformar o ânion superóxido em peróxido de hidrogênio. Isso tem o lado bom e o lado mau, antigamente as EROs e os radicais livres eram vistos como vilões. Pois não são! Se você impedir totalmente a formação das EROs, ficamos doentes também! Fisiologicamente, elas têm papéis importantes na diferenciação, na manutenção dos tecidos, proliferação e regeneração. Já pensou seu desenvolvimento embrionário sem a presença dos radicais livre e as EROs? Seria impossível que o desenvolvimento ocorresse de forma correta, ou seja, eles também agem como sinalizadores de processos que precisam acontecer para que a célula se desenvolva. A célula aprendeu que tinha de usá-los assim e os usa. É claro, em excesso eles causam o chamado estresse oxidativo, quando começam a oxidar moléculas importantes, o que pode causar falha no mecanismo de membrana e proteínas oxidadas de forma incorreta, causando disfunção que pode levar a célula a um processo de morte controlada (apoptose).
Para regular esse gradiente protônico, a célula tem alguns mecanismos. Um deles é bem importante e tem sido muito estudado. Algumas proteínas fazem com que a pressão desse gradiente de próton seja aliviada de forma a aliviar esse engarrafamento na cadeia de elétrons. A membrana da mitocôndria é muito impermeável a prótons, porém eles só podem entrar por lugares muito específicos. Quando não está dando passagem ao próton, a proteína UCP (uncoupling protein), ou proteína desacopladora, vai desviar ou desacoplar o fluxo de prótons da ATP sintase F0F1, que seria o caminho natural para fazer ATP. A princípio, esse trânsito de prótons que não gera ATP (a moeda da célula) poderia ser visto como um desperdício. Mas esse fato normalmente não chega a prejudicar a síntese de ATP porque é apenas um leve desacoplamento, auxiliando a passagem do próton pela membrana sem afetar a síntese de ATP. Assim, nem toda energia do gradiente será utilizada para fazer ATP, mas através da UCP, a célula pode aliviar a pressão que iria causar um efeito não desejado. Assim, essas proteínas desacopladoras funcionam como moduladoras da pressão do gradiente de próton e, no final das contas, podem estar conversando com a formação das EROs e com o peróxido de hidrogênio, em última análise. Esse é um mecanismo bastante estudado.
Nós propomos um mecanismo autêntico: vimos que, indiretamente, existem proteínas que estão na mitocôndria, mas do lado de fora; e que usam ATP. Quando a célula faz ATP, ela alivia a pressão do gradiente também. Caracterizamos duas enzimas que estão na mitocôndria e que até hoje era pensando que elas serviam para aumentar a síntese de ATP. Porém acreditamos que elas não servem somente para isso, porque elas impactam muito na pressão do gradiente. Entretanto não sabemos ainda se irão sinalizar da mesma forma que a UCP. Essa enzimas são (i) a hexoquinase, que pega o ATP da mitocôndria e transfere um fosfato pra molécula de glicose, e (ii) a creatina quinase, que transforma o ATP numa fosfocreatina, que se difunde muito mais fácil que o ATP pela célula e pode chegar a lugares distantes para levar energia onde for necessário dentro da célula. Mas, ao fazer isso, ela também vai controlar a geração das EROs.
Com a succinato na planta, nós observamos que: quando ela está produzindo EROs, ela ativa genes de resistência ao estresse. Se a planta sofre com a seca, ela ativa genes de resistência à seca. Fomos capazes de mostrar uma resposta mitocondrial porque até esse momento o radical livre na planta majoritário estaria envolvido em respostas celulares através de uma enzima chamada NADP oxidase que oxidaria o NADPH2 produzindo NADP oxidado e ânion superóxido ao transferir elétrons para o oxigênio. Na literatura, a NADP oxidase era conhecidamente responsável por sinalização. Nós mostramos que ela desempenha uma resposta mitocondrial e que está conversando sistemicamente com genes da planta para causar resistência ao estresse.
PORTAL BIOQMED. (i) A succinato desidrogenase pode atuar como fonte de contribuição direta de EROs mitocondrial nas células de mamíferos? (ii) E nas células das plantas? (iii) A formação de EROs na succinato desidrogenase ocorre de forma distinta dos outros complexos?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. (i) Não se tem evidência disso até o momento, em células de mamíferos ninguém conseguiu demonstrar ainda. E mesmo em plantas não se tinha conseguido mostrar isso, mas o nosso trabalho demonstrou muito bem! (ii) Então, nas células de plantas sim. (iii) Não sei te responder. A parte do mecanismo relativa à formação a gente não investigou e outras abordagens mais específicas com determinadas proteínas teria de ser feitas para estudarmos mais precisamente o mecanismo de produção dessas espécies reativas. Em mamíferos acredita-se que a succinato não forma EROs. As células de mamíferos formam EROs, mas não na succinato desidrogenase. Em plantas, na succinato desidrogenase estamos demonstrando isso pela primeira vez.
PORTAL BIOQMED. É uma descoberta incrível, professor...
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Sim, tem coisas muito interessantes! A succinato desidrogenase na planta é modulada por óxido nítrico, que é uma espécie reativa de nitrogênio e também é um radical livre. Em células de mamíferos, o NO atua modulando sinapses no cérebro, de uma maneira que muitos grupos acreditam que ele seja um neurotransmissor. Mas a grande descoberta foi que o NO modula um relaxamento em células musculares lisas provocando a vasodilatação. Esse é um dos mecanismos de ação do Viagra, por exemplo. Um dos pesquisadores de maior renome nessa área é o farmacologista hondurenho Salvador Moncada. Ele considera que o NO é o grande modulador da atividade mitocondrial e, mais que isso, que ele é um ativador da biogênese mitocondrial. Hoje em dia, sabemos que para vivermos mais e vivermos felizes, temos que ter mitocôndrias e é importante preservá-las! Quanto mais mitocôndrias você tiver, melhor! Você deve se alimentar bem, se estressar menos, fazer exercícios... Então, tudo o que ativa a biogênese e preserva a mitocôndria nos dá longevidade e nos proporciona saúde! O Salvador Moncada mostrou que o NO é capaz de modular a mitocôndria fazendo ela respirar menos e isso pode ser importante ou não, dependendo da situação, para modular aqueles elétrons da cadeia que estão engarrafados. O que ele pensa é que: quando você está com baixa tensão de oxigênio, o NO vai até a citocromo oxidase, que é o complexo IV, e cria um tipo de inibidor respiratório. Isso induz uma resposta celular, que ativa a biogênese. Essa regulação por NO é muito sensível à tensão de oxigênio. Conseguimos evidenciar que, na planta, a succinato desidrogenase é fortemente inibida pelo NO, independente da tensão de oxigênio. Nesse trabalho que publicamos em 2013, mostramos pela primeira vez que o NO atua na succinato desidrogenase e que ela é um grande sensor de NO, modulando a atividade da mitocôndria da planta de acordo com os níveis dessas moléculas. Mas em animais, tudo isso é diferente... Do jeito que a coisa vai, podemos pensar: se amanhã a modulação da cadeia respiratório por NO se mostrar uma coisa importante, os pesquisadores poderão expressar a porção que confere sensibilidade ao NO e tentar controlar esse mecanismo através de uma terapia específica. Já temos fortes evidencias que o NO liga na succinato desidrogenase. Assim, poderemos tentar introduzir o NO no organismo para corrigir um defeito ou causar sensibilidade, de acordo com um problema que possa existir. Isso abre portas para os cientistas modularem a respiração de uma maneira alternativa, que não seja só através da citocromo oxidase.
PORTAL BIOQMED. Mas o NO inibindo a succinato desidrogenase implicaria em quê, de modo geral, dentro da mitocôndria?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Muito boa pergunta! Então, se reduzirmos o fluxo da atividade da succinato desidrogenase, a célula vai poder fazer mais succinato e ele pode modular a expressão do HIF (aquele fator sensível a hipóxia) ou mudar a dinâmica do metabolismo da mitocôndria em outras coisas, seja mudando a quantidade de aminoácidos ou mudando a forma como ela oxida as gorduras. A succinato desidrogenase é uma enzima muito importante! Como exemplo, temos essa uma doença devastadora: a Paraganglioma! O que acontece é que em mamíferos é que, se houver deficiência na atividade da SD, essa doença rara e muito grave aparece e boa parte dos doentes morrem. Há uma frequência rara e baixa porque os genes não conseguem ir em frente, mas há uma população que tem um polimorfismo que dá uma forma menos severa da doença que não é letal mas é hereditária. Um nível controlado de atividade da enzima SD é fundamental. O mais bacana que revelamos é que esse nível pode ser reversível, ou seja, a enzima não é inibida para sempre. Quando a inibição é irreversível ela tem em geral um caráter mais deletério, porém aquela coisa que vai e volta, sendo reversível tem mais a ver com sinalização, ou seja, uma regulação das respostas celulares que pode ser ativada ou não. Achamos que qualquer modulador da succinato desidrogenase tem alguma relevância celular, seja o NO ou outra molécula.
Hoje em dia, há uma linha de drogas antitumorais que estão direcionadas a inibir a atividade da succinato desidrogenase porque, no tumor, ela é muito importante. Na mitocôndria do câncer, a succinato desidrogenase tem uma atividade extremamente importante para ativar o HIF e a ativação dele leva a elevação da expressão das enzimas da glicólise num fenótipo metabólico que se chamado Efeito Warburg. Otto Warburg foi o cientista que descreveu que as células tumorais fazem muita glicólise mesmo na presença de oxigênio, o que é uma coisa incomum já que o oxigênio inibe a fermentação. Na maioria das células tumorais isso é rompido, porque ela tem um metabolismo específico e a succinato desidrogenase tem um papel importante nessa mudança metabólica que se opera nas células tumorais. Publicamos um trabalho do ano passado mostrando que o metabolismo das células tumorais é diferente e boa parte do tumor tem esse metabolismo de fenótipo Warburg, ou seja, muita glicólise na presença de oxigênio. Porem, as células metastáticas, que são aquelas células que começam a se diferenciar dentro do tumor e vão fazer a metástase, essas são muito agressivas e respiram muito com a mitocôndria! Então, a função da succinato desidrogenase lá é outra. Com isso, pode-se desenhar moléculas para inibir a succinato desidrogenase: uma delas que trabalhamos é o 3-bromo piruvato. De certa maneira, essa molécula parece com o succinato e o fumarato -- essas duas tem duas carboxilas e o 3-bromo piruvato tem uma só --, mas tem esse bromo que sai faz uma ligação covalente fortíssima e inativa a SD. Nós também fomos o primeiro grupo a demonstrar isso! Portanto, mostramos que existem moléculas que estão abrindo novos campos de estudo e que estão direcionando drogas para tentar inibir a atividade da succinato desidrogenase. Isso pode ter serventia para a produção de um coquetel terapêutico que possa vir a controlar certos tipos de tumores.
PORTAL BIOQMED. Nas plantas, o que foi observado quanto a atividade da succinato desidrogenase para gerar EROs mitocondriais? Através das análises, o que vocês descobriram sobre a taxa de produção de EROs? Como isso está associado à resposta de estresse das plantas?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Essas perguntas são fundamentais. Hoje em dia, estamos vendo que no Ciclo de Krebs das plantas, a mitocôndria tem sistemas enzimáticos que modulam a formação do peróxido de hidrogênio. Têm sistemas, por exemplo, como o da glutationa peroxidase e glutationa redutase, que usam glutationa para fazer essa conversa. O que estamos vendo agora é um sistema de umas proteínas pequenas com muita sulfidrila que estão modulando o ambiente de oxirredução da célula. A célula tem um potencial redox porque toda célula vai converter NAD, FAD à NADH e FADH2, inclusive proteínas oxidadas e reduzidas com as suas sulfidrilas. Esse potencial redox da célula determina a funcionalidade dela. Se você modula isso, ela pode ativar determinados mecanismos de reprogramação metabólica ou não. O jogo que o pessoal está vendo é que existe uma proteína que controla essa mudança, a tioredoxina peroxidase, e ela é capaz de reagir com as EROs e depurá-las. Se está formando muitas EROs, a tioredoxina peroxidase pode ir lá e interagir com elas também. Existe um grupo na Alemanha, do instituto Max Planck, que é um dos melhores grupos nessa área de bioenergética de plantas e que fez uma associação com um pesquisador da Universidade Federal de Viçosa. A conclusão do trabalho deles relatava que esse ambiente redox do Ciclo de Krebs controla a atividade da tioredoxina peroxidase redutase. Eles estão vendo que tem uma interação muito clara entre esse ambiente redox e a tioredoxina e isso vai controlar regulação e oxidação de alvos celulares do sistema da tioredoxina. Isso tem implicações no crescimento e desenvolvimento das plantas. Mas o mecanismo ainda não é bem conhecido e está em investigação.
PORTAL BIOQMED. Então a tioredoxina estará controlando os níveis de peróxido?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Isso também. Mas ela pode controlar os níveis de proteínas mais oxidadas ou mais reduzidas.
PORTAL BIOQMED. E o papel dela seria benéfico para a planta?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Aí é que está a sutileza da coisa. Na verdade, é um balanço delicado, ela tem que estar ajustada. Quando a coisa desequilibrar, ela pode vir compensar, mas isso tem uma capacidade de resposta. Se a produção ou fator desencadeador do fenômeno de burst oxidativo for muito forte, mais rápido que a capacidade do tempo de resposta dela, a célula vai precisar de outro sistema para tentar segurar e trazer o nível de volta para a normalidade da homeostase redox. Cada célula tem o seu valor redox, como se fosse um nível milivolts de quantidade de moléculas reduzidas e oxidadas que é muito importante para a célula funcionar! Então, quando a célula começa a sair muito do padrão, esse sistema entra pra tentar tamponar e trazer de volta. Se a produção de radicais livre ou de substâncias oxidadas exceder a capacidade desse sistema para reduzir e trazer de volta, a célula extrapola seus limites e aí você pode ter o início de um deficit, uma disfuncionalidade.
A literatura acadêmica associava muito que o radical livre era ruim, mas o que é ruim é o estresse oxidativo excessivo, em uma quantidade muito maior de espécies reativas que a capacidade de homeostase da célula e do sistema tampão redox conseguem controlar. Estamos vendo que se forem adicionados antioxidantes demais e se não formar nenhuma espécie reativa, a célula também não opera de forma normal. Assim, o indivíduo que se entope de vitamina C atrapalha também outras funções celulares, é preciso haver um equilíbrio dinâmico na célula. Cada célula do seu corpo precisa ter um controle redox para poder funcionar bem. E o que pode desbalancear isso? O excesso de comida, a obesidade, o diabetes, o sistema cardiovascular... São todos ligados ao desbalanço do sistema redox. O câncer, por exemplo, é um desbalanço do sistema redox dentro de um tecido.
PORTAL BIOQMED. E nas plantas esse desbalanço, essa produção exagerada de EROs ocorre em alguma situação mais específica?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Sim, isso está claro em condições de seca e, ao contrário, de alagamento... Alagou a plantação, o que acontece? A planta sofre com o alagamento, com a falta de oxigênio. Ela tem mitocôndria e precisa de oxigênio também. Se você alaga o solo, a planta morre porque não tem oxigênio para usar. São poucas as plantas que toleram alagamento, como o arroz, por exemplo. As situações climáticas afetam fatores importantes para o metabolismo energético, afeta o efeito de gás estufa também, CO2. Quando há muito CO2, o sistema fotossintético começa a sofrer. Uma enzima, a ribulose bifosfato carboxilase oxidase pega o gás carbônico e faz a triose fosfato, ela é uma enzima importantíssima! Ela vai pegar potencial redutor e fixar o carbono. Ou seja, pega o CO2 da atmosfera e o transforma em açúcar, em uma triose dentro da planta. Só que ela compete com uma tensão de oxigênio. Se houver com muito oxigênio, ela pode ligar e atrapalhar com a fixação do carbono.
PORTAL BIOQMED. O NO inibe a succinato desidrogenase, certo? Qual o benefício disso?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Para as plantas cultivadas, há um gasto medido em milhões ou bilhões de dólares por ano que consiste no uso de adubo nitrogenado. Uma das coisas mais limitantes no crescimento vegetal é o nitrogênio. O que os agricultores muitas vezes fazem é jogar nitrato, na verdade nitrato de sódio ou nitrato de potássio, que são substâncias explosivas controladas. O nitrato será absorvido pela planta e será um dos principais elementos que limitará o crescimento vegetal. Nós propomos nesse artigo que uma parcela do NO a ser produzido, quando se faz essa adubação com nitrato, virará gás NO no solo por causa dos microorganismos. Parece que cerca de 2% de uma adubação vira NO. Esse NO vai inibir a respiração da raiz. Mas isso é ruim ou é bom?
PORTAL BIOQMED. A princípio parece ruim...
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Exato, a princípio parece ruim, mas sabe o que acontece? É bom! Você não vai matar a raiz, não vai envenenar, você vai simplesmente reduzir a respiração da raiz. Com a respiração da raiz reduzida, o que acontece: a raiz não faz fotossíntese, então de onde ela pega o açúcar? A folha vai fazer o açúcar e a raiz obtém esse açúcar. O fluxo de açúcar vai para ela mesma, mas quem está consumindo o açúcar é a raiz. Se a raiz começar a consumir muito carbono que vem da parte aérea, a planta não cresce. Ou seja, a parte aérea parece crescer mais quando a raiz não cresce tanto.
PORTAL BIOQMED. Então isso seria um tipo de controle, certo?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Isso, se você mandar a raiz respirar um pouquinho mais devagar, o carbono sobra para a parte aérea e a planta se desenvolve mais. Então o que a gente está propondo é que a succinato desidrogenase regula até o crescimento vegetal. Se você inibir um pouquinho a atividade respiratória dela, ela pode controlar o fluxo de carbono e a planta cresce mais.
PORTAL BIOQMED. E vocês têm ideia de quando a planta precisa desse controle ou o adubo por si já controla isso?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. A gente está propondo que ao adubar a planta com o nitrogênio que ela precisa, isso dá uma segurada na respiração e faz melhorar o desenvolvimento da parte aérea dela.
PORTAL BIOQMED. Resultados de um levantamento feito no segundo semestre do ano passado revelaram que os brasileiros têm um grande interesse pela ciência. O senhor acredita que a ciência é bem difundida em nosso país? As informações científicas são de fácil acesso para os brasileiros, na sua opinião?
PROFESSOR ANTONIO GALINA. Essa é uma pergunta muito importante, talvez a mais importante de todas! Eu fui formado aqui por um excelente professor que foi o Leopoldo de Meis. Ele foi, na minha opinião, além de um cientista brilhante e genial, o maior divulgador e criador de um sistema. Ele fez uma ruptura de uma universidade enclausurada e elitista. Ele rompeu os muros. Na época do Leopoldo, a ciência era tida como uma coisa só pra gente rica, para o primeiro mundo! Ele foi a pessoa que mostrou claramente que a ciência é uma coisa necessária e não apenas um privilégio de pessoas que têm melhores condições econômicas; e nem é somente para países mais ricos. A gente pode produzir ciência também! Eu cresci nesse ambiente científico, com ele me desafiando. Não era fácil! Eu fui vendo naquela época como as pessoas tinham esse mau entendimento da ciência. Hoje em dia, acredito que essa situação melhorou muito. Entrei aqui em 1983, como aluno, com cerca de 19 anos. A situação hoje melhorou muito, quase não se fazia pesquisa aqui à época. Tudo era muito caro também e o Brasil era um país ainda muito jovem. O Leopoldo foi um dos grandes catalisadores do país! Hoje em dia se fala em ciência, mas se deve ao Leopoldo. Posso me atrever a dizer isso com tranquilidade. A gente é muito consumidor do saber estrangeiro, as pessoas têm uma visão preconceituosa, são consumidoras do conhecimento e acham que isso é privilégio de pessoas inteligentes. Assim como hoje está acontecendo também um fenômeno que eu também acho esquisito: o sujeito só sabe porque ele tem um telefone com internet e vê informação. Então, se ele está com um celular na mão, se acha culto. Roubou o celular dele, ele fica desesperado, a inteligência dele vazou. É o acesso à informação que está mais fácil também, é uma questão no mundo inteiro, inclusive o que estou falando, são dados de uma pesquisa da Yale, mostrando que lá nos EUA, se tirar o celular de uma pessoa ela fica desesperada, como se estivesse com Alzheimer, não sabe nem pra onde vai mais. Você vê: não é fácil fazer um experimento, gerar uma resposta para chegar a uma conclusão e fazer uma descoberta. Isso leva tempo, mas é uma linguagem e você tem de aprender essa linguagem. Você tem de aprender a usar sua cabeça, todo mundo tem inteligência! Você fala inglês de repente melhor do que eu, mas eu tenho que aprender inglês também. Então, não importa se a ciência é de Shakespeare ou se a ciência é do operário, é preciso saber falar sobre ciência se a gente quiser ser um país que está preocupado em planejar coisas pra sociedade que sejam boas estratégias. Até mesmo para se defender, não com armas, mas com alternativas. Assim como a gente tem que ter uma boa saúde para o nosso povo e uma excepcional educação, a gente tem que fazer ciência como parte dessas coisas. Isso é bem caro e dá respostas que pagam o investimento! Então, teve desenvolvimento, está melhor! Eu diria que em parte essa melhoria se deu graças ao poder catalítico do Leopoldo, que conseguiu propagar uma rede de ciência que está espalhada pelo Brasil. Ele sensibilizou veículos importantes de mídia, cansou de dar entrevistas para a rede Globo, foi no Jô Soares, mas ele ia assim ‘’Estou indo porque isso é um dever cívico, não estou indo para aparecer naquela mídia que só quer vender jornal’’, mas tem gente que vê aquilo como um espaço para poder falar. Talvez a educação deva vir até um pouquinho antes da saúde, porque se a pessoa é educada, ela evita de entrar em um mau negócio e aí evita ficar doente. O sistema de saúde tem que ser preventivo, evitando um custo ainda mais alto nos casos de tratamento. É muito melhor prevenir do que pagar um medicamento numa farmácia: é caro e quem ganha são as indústrias farmacêuticas que querem mais que a população adoeça mesmo para venderem mais remédios. Nós fomos colonizados por um grupo de pessoas que eram criminosos, que encontraram aqui uma maneira de prosperar. A visão dessas pessoas está passando de geração em geração e atinge até hoje. Quando o governo tinha bons núcleos de institutos, os Institutos Nacionais, os políticos tiraram o dinheiro daí e aplicaram no Ciências Sem Fronteiras. Eu sou contra, porque acho que o Ciências Sem Fronteiras deveria pegar um aluno intelectualmente mais maduro. Quando o governo manda um aluno para uma universidade no exterior, é preciso pagar mensalidade já que no exterior não existem muitas universidades públicas. O nosso Brasil entra então, pagando as mensalidades: uma bolsa para o aluno, um plano de saúde, a hospedagem... e os estrangeiros não entram com nada. É muito caro, não vale à pena. Vale a pena sim! Se você forma o aluno aqui e manda ele fazer um pós-doc no exterior, isso é muito melhor porque aí você não tem que dar a bolsa mais a conta da universidade, será apenas a bolsa. E mais: esse aluno vai aprender com os melhores e vai voltar para cá (alguns nem voltam) com uma cabeça muito boa, tendo sido bem formado. Na verdade, a ciência em si está mais divulgada porém os mecanismos de como fazê-la mais estrategicamente estão longe ainda de serem alcançados porque está tudo sendo feito só para dizer que fez! Tudo político.
Enfim, o interesse dos brasileiros está melhorando! Não sei dizer a magnitude disso. Tem uma leitura atualmente que pode dizer assim ‘’tá pintando!’’, mas isso ainda está sendo mal gerenciado. A gerência das instituições de fomento do governo ainda têm um interesse ficcional, como se isso fosse só para o "primeiro mundo". E tem uma coisa no Brasil de pragmatismo consumista que atrapalha o entendimento desses assuntos. Se fôssemos um pouco mais críticos com a informação sobre a linguagem científica, iríamos nos questionar mais. Está faltando amadurecer essa questão. Mas tudo é um longo processo, estamos caminhando. O Brasil tem excelentes cabeças, fazendo coisas super legais, sustentáveis, inteligentes, alternativas, à baixo custo, independentes... esse é o país que eu quero! O Brasil não pode ser um país só de Neymar, Pelé, chega! Não quero essa vaidade! O que estou dizendo para você é que falta DNA, o DNA que a gente tem é ainda oriundo de uma cultura ainda muito coronelista, de senhor de engenho que bate em escravo, e nós estamos no séc. XXI! Mas um dia chegamos lá! Enquanto isso, continuamos na nossa busca!
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Recomendamos fortemente a leitura dos artigos “Succinate dehydrogenase (mitochondrial complex II) is a source of reactive oxygen species in plants and regulates development and stress responses” e ''Nitric oxide inhibits succinate dehydrogenase-driven oxygen consumption in potato tuber mitochondria in an oxygen tension-independent manner'' no site dos periódicos através dos respectivos endereços eletrônicos: http://onlinelibrary.wiley.
Formato para citação:
* Jardim-Messeder D, Caverzan A, Rauber R, de Souza Ferreira E, Margis-Pinheiro M, Galina A. Succinate dehydrogenase (mitochondrial complex II) is a source of reactive oxygen species in plants and regulates development and stress responses.New Phytol. 2015 Nov;208(3):776-89. doi: 10.1111/nph.13515. Epub 2015 Jun 17. PubMed PMID: 26082998
* Simonin V, Galina A. Nitric oxide inhibits succinate dehydrogenase-driven oxygen consumption in potato tuber mitochondria in an oxygen tension-independent manner. Biochem J. 2013 Jan 1;449(1):263-73. doi: 10.1042/BJ20120396. PubMed PMID: 23039043.
Por Larissa Haerolde e Francisco Prosdocimi para o portal BIOQMED.