tópicos em fisiología

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III Curso de inverno 
tópicos em 
fisiologia 
comparativa 
10 a 28 jul 2006 
 
 
 
departamento de fisiologia 
instituto de biociências – usp 
http://www.ib.usp.br/cursodeinverno/ 
 i
 
Comissão organizadora 
 
 
Ana Paula Canel Bluhm 
Andreas Betz 
Eduardo Koji Tamura 
James Fernando Malta da Silva 
Jessica Ruivo Maximino 
Merari de Fátima Ramires Ferrari 
Rafael Cancian Gomes da Cruz 
Renata Brandt Nunes 
Rodrigo Pavão 
 
alunos de pós-graduação do 
departamento de fisiologia – ib/usp 
 
 
 
professor responsável: 
Prof. Dr. Gilberto Fernando Xavier 
 
 
 
Apoio: 
pró-reitoria de cultura e extensão 
comissão de pós-graduação 
instituto de biociências 
 
 
 
 
 
 
 ii
CRONOGRAMA 
 
Data 08 às 12 hs 14 às 18 hs 
10/07/06 Aula inaugural 
Prof. Dr. Gilberto Fernando Xavier 
 
Módulo I 
Biologia molecular 
Merari de Fátima Ramires Ferrari 
____________________ 
 
11/07/06 Módulo I 
Metabolismo em parasitas Tripanosomatídeos: 
descrição de alvos quimioterápicos 
Lucile Maria Floeter-Winter 
Maíra Natali Nassar 
Maria Fernanda Laranjeira da Silva 
Módulo I 
Fisiologia da pigmentação 
Ana Paula Canel Bluhm 
Melatonina e seus efeitos biológicos 
Eduardo Koji Tamura 
Erika Cecon 
12/07/06 Módulo II 
Substâncias tóxicas de organismos marinhos 
Andréa Lucia Campos Natali 
 
Módulo I e II 
Mecanismos de Osmorregulação em animais I e II 
James Fernando Malta da Silva 
Luis Alberto Valotta 
13/07/06 Módulo II 
Peixes como modelo biológico para pesquisas 
em fisiologia comparativa 
Renato Massaaki Honji 
Homeostase do cálcio durante o ciclo da muda 
em crustáceos 
Bruno Blotta Baptista 
Módulo II 
Neuroanatomia básica 
Emerson Ferraz Coelho 
Prática de neuroanatomia 
Andreas Betz 
Emerson Ferraz Coelho 
Jessica Ruivo Maximino 
Merari de Fátima Ramires Ferrari 
Regiane Xavier de Moraes 
14/07/06 Módulo II 
Modelamento matemático de sistemas 
biológicos 
Breno Teixeira Santos 
A evolução do cérebro dos primatas 
Rodrigo Pavão 
Módulo II 
Evolução da endotermia em mamíferos e aves: um 
debate de quatro décadas 
Renata Brandt Nunes 
As toxinas de anêmonas do mar como ferramentas 
para entender a fisiologia de tecidos, órgãos e 
sistemas 
André Junqueira Zaharenko 
 iii
 
17/07/06 Módulo II 
Caracterização do efeito analgésico do 
composto LAS 390 obtida da peçonha da 
anêmona Bunodosoma cangicum 
Wilson Alves Ferreira Junior 
Memória em aves 
Sylvia Maria Matsuda 
Módulo II e III 
Mecanismos de Osmorregulação em animais II e 
III 
James Fernando Malta da Silva 
Luis Alberto Valotta 
18/07/06 Módulo II 
Neurofisiologia da atenção 
Arnaldo Cheixas Dias 
Claudia Franco de Olim Marote 
 
Módulo III 
Exercício físico, hipertensão arterial e 
comportamentos: interações, efeitos e benefícios 
Regiane Xavier de Moraes 
Fisiologia, tempo e cognição: os relógios biológicos 
nos ensinam a aprender? 
Luiz Fernando Lopes do Espírito Santo 
19/07/06 Módulo III 
Mecanismos de produção de calor: enfoque 
comparativo e evolutivo 
Denise Loli 
Música e neurociências 
Felipe Viegas Rodrigues 
Módulo III 
Alimentação e digestão em moluscos bivalves 
Rafael Cancian Gomes da Cruz 
Drogas: interações moleculares e comportamentais 
Andreas Betz 
20/07/06 Módulo III 
Cronobiologia – uma visão geral do tempo 
Cíntia Etsuko Yamashita 
Jessica Martins Camargo 
Vitor Hugo Rodrigues 
Módulo III 
Comportamento Alimentar 
Cyrus Villas Boas 
João Antonio Gimenes Junior 
Paula Jaqueline de Moura 
21/07/06 Módulo III 
Dopamina e decisão 
Luiz Eduardo Tassi 
A ação de poluentes sobre a fisiologia de peixes 
Tiago Gabriel Correia 
Módulo III 
Avaliação e definição dos laboratórios para estágio 
24/07/06 Estágio em laboratório Estágio em laboratório 
25/07/06 Estágio em laboratório Estágio em laboratório 
26/07/06 Estágio em laboratório Estágio em laboratório 
27/07/06 Estágio em laboratório Estágio em laboratório 
28/07/06 Apresentação de resultados obtidos durante o 
estágio 
Apresentação de resultados obtidos durante o 
estágio 
 
 
 
 iv
Índice 
 
BIOLOGIA MOLECULAR 1 
METABOLISMO EM PARASITAS TRIPANOSOMATÍDEOS: DESCRIÇÃO DE 
ALVOS QUIMIOTERÁPICOS 4 
FISIOLOGIA DA PIGMENTAÇÃO 8 
MELATONINA E SEUS EFEITOS BIOLÓGICOS 11 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS DE ORGANISMOS MARINHOS 14 
MECANISMOS DE OSMORREGULAÇÃO EM ANIMAIS I 17 
MECANISMOS DE OSMORREGULAÇÃO EM ANIMAIS II 20 
MECANISMOS DE OSMORREGULAÇÃO EM ANIMAIS III 23 
EXERCÍCIO TEÓRICO-PRÁTICO: BALANÇO OSMÓTICO EM AMBIENTES 
MARINHOS, DE ÁGUA DOCE E XÉRICO 26 
PEIXES COMO MODELO BIOLÓGICO PARA PESQUISAS EM FISIOLOGIA 
COMPARATIVA 35 
HOMEOSTASE DO CÁLCIO DURANTE O CICLO DA MUDA EM CRUSTÁCEOS 40 
NEUROANATOMIA BÁSICA 44 
PRÁTICA DE NEUROANATOMIA 46 
MODELAMENTO MATEMÁTICO DE SISTEMAS BIOLÓGICOS 51 
A EVOLUÇÃO DO CÉREBRO DOS PRIMATAS 54 
EVOLUÇÃO DA ENDOTERMIA EM MAMÍFEROS E AVES: UM DEBATE DE 
QUATRO DÉCADAS 56 
AS TOXINAS DE ANÊMONAS DO MAR COMO FERRAMENTAS PARA 
ENTENDER A FISIOLOGIA DE TECIDOS, ÓRGÃOS E SISTEMAS 58 
CARACTERIZAÇÃO DO EFEITO ANALGÉSICO DO COMPOSTO LAS 390 OBTIDA 
DA PEÇONHA DA ANÊMONA BUNODOSOMA CANGICUM 62 
MEMÓRIA EM AVES 65 
NEUROFISIOLOGIA DA ATENÇÃO 70 
 v
EXERCÍCIO FÍSICO, HIPERTENSÃO ARTERIAL E COMPORTAMENTOS: 
INTERAÇÕES, EFEITOS E BENEFÍCIOS 73 
FISIOLOGIA, TEMPO E COGNIÇÃO: OS RELÓGIOS BIOLÓGICOS NOS 
ENSINAM A APRENDER? 78 
MECANISMOS DE PRODUÇÃO DE CALOR: ENFOQUE COMPARATIVO E 
EVOLUTIVO 81 
MÚSICA E NEUROCIÊNCIAS 85 
ALIMENTAÇÃO E DIGESTÃO EM MOLUSCOS BIVALVES 87 
DROGAS: INTERAÇÕES MOLECULARES E COMPORTAMENTAIS 89 
CRONOBIOLOGIA – UMA VISÃO GERAL DO TEMPO 91 
COMPORTAMENTO ALIMENTAR 94 
DOPAMINA E DECISÃO 96 
A AÇÃO DE POLUENTES SOBRE A FISIOLOGIA DE PEIXES 101 
ANEXO 104 
 
 
 1
BIOLOGIA MOLECULAR 
 
Merari F. R. Ferrari 
 
No meio do século XVII o pesquisador inglês Robert Hook descreveu o que 
chamou de “célula”. Muito embora o que Hook tivesse observado não fosse uma 
célula como a conhecemos hoje, seu achado deu bases para a evolução da pesquisa 
celular. Schleiden e Schwann, em 1839, propuseram a teoria celular que tinha como 
princípios o fato de a célula ser a unidade básica de constituição dos organismos e 
que todas as células originavam-se de células pré-existentes. A descoberta dos 
experimentos genéticos do monge austríaco Gregor Mendel, em 1900, e a elucidação 
da molécula de DNA por Rosalind Franklin, James Watson e Francis Crick (1953) 
tornaram possíveis, e com sentido, a pesquisa para o desvendamento do código 
genético e sua importância nas mais diferentes respostas e reações a partir das 
interações do organismo com o meio em que vive. 
A partir destas descobertas e anseios pela busca de respostas mais específicas 
quanto ao funcionamento da célula, que de modo geral compõem a resposta final do 
organismo, houve o desenvolvimento da série de experimentos que culminaram com o 
que conhecemos hoje por biologia molecular. 
A figura 1 representa cronologicamente o advento de algumas técnicas 
utilizadas na biologia molecular. 
A vantagem principal da biologia molecular é que se podem entender os passos 
fundamentais de determinada cadeia de eventos para então interferir especificamente 
no ponto de interesse e, com isso, alterar a resposta final. Foi a partir do advento da 
biologia molecular que houve uma explosão de síntese de substâncias atuantes em 
pontos específicos para o tratamento de situações adversas. 
Dentre as técnicas mais conhecidas e avançadas em biologia molecular, este 
cursoabordará especialmente a hibridização in situ, o western blotting, o PCR, a 
terapia gênica, microarrays e RNA de interferência. 
 2
Resumidamente, utiliza-se hibridização in situ para quantificar determinado 
gene ou sua expressão através do RNAm pela hibridização de uma sonda marcada 
(radioativamente ou não) complementar à seqüência de interesse. 
 
 
Figura1. Esquema representando a linha do tempo da evolução das técnicas utilizadas 
na biologia/fisiologia a partir das descobertas de Hook (célula) e de Mendel (genética). 
 
Os microarrays de cDNA são chips contendo sondas específicas para um 
grande número de genes de determinada espécie, normalmente o genoma completo, 
que utilizam o princípio da hibridização para otimizar a análise da expressão gênica 
em diferentes situações. 
O Western Blotting quantifica proteínas após eletroforese, as quais são 
detectadas por anticorpos específicos e posteriormente marcadas geralmente com 
moléculas quimioluminescentes. 
Através do PCR é possível amplificar o gene ou RNAm para que possa ser 
quantificado através de eletroforese. O PCR em tempo real utiliza-se de uma sonda 
acoplada a uma molécula fluorescente que é quantificada à medida que a seqüência é 
amplificada. 
A terapia gênica é uma abordagem bastante moderna para interferência nos 
mais diversos níveis intracelulares. Pode ser usada para deleção, inserção ou 
modificação de genes. Através de vetores virais ou não virais (lipossomas) 
1980
Biologia 
molecular 
1999 
Microarray 
1989
Terapia 
gênica 
2001
RNAi 
1981
Hibridização in situ 
Western blotting 
1986
PCR 
1993 
real time 
PCR 
1956 
Cultura de 
Células 
Era da análise genética 
1900 
Descoberta da 
genética 
1665 
Descoberta da 
célula 
 3
plasmídeos contendo o gene de interesse são inseridos no interior da célula para 
interação com o genoma. 
Os mesmos vetores da terapia gênica podem ser usados para inserir RNAs de 
interferência que são complementares ao RNAm celular fazendo com que haja 
digestão do RNA dupla fita gerando micro RNAs que promovem aumento ou 
degradação de RNAm. 
Para maiores esclarecimentos sobre as técnicas, pode-se consultar a 
bibliografia abaixo. 
 
Referências Bibliográficas: 
 
Gartel, A. L.; Kandel, E. S. (2006) RNA interference in câncer. Biomol. Eng. 23 (1):17-34. 
 
Miller, V.M.; Paulson, H. L.; Gonzalez-Alegre, P. (2005) RNA Interference in Neuroscience: 
Progress and Challenges. Cel. Mol. Neurobiol., 25 (8):1195- 207. 
 
Bustin, S.A. (2000) Absolute quantification of mRNA using real-time reverse transcription 
polymerase chain reaction assays. J. Mol. Endocrinol. 25(2):169-93. 
 
Paul J. Planet, P.J.; DeSalle, R.; Siddall, M; Bael, T.; Sarkar, I.N.; Stanley, S.E. (2001) 
Systematic Analysis of DNA Microarray Data: Ordering and Interpreting Patterns of Gene 
Expression. Genome Res. 11(7):1149-55. 
 
Luo, Z.; Geschwind, D.H. (2001) Microarray Applications in Neuroscience. Neurobiol. Dis. 
8:183-193. 
 
Sites de interesse: 
 
http://www.pubmed.com 
 
http://www.nature.com 
 
http://www.google.com 
 
http://www.nature.com/focus/rnai/animations/index.html (RNA de interferência) 
 
http://www.genedetect.com/insitu.htm (hibridização in situ) 
 
http://lifesciences.asu.edu/resources/mamajis/western/western.html (western) 
 
http://lifesciences.asu.edu/resources/mamajis/pcr/pcr.html (PCR) 
 
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/medicine/genetherapy.shtml (terapia 
gênica) 
 4
METABOLISMO EM PARASITAS TRIPANOSOMATÍDEOS: DESCRIÇÃO DE 
ALVOS QUIMIOTERÁPICOS 
 
Prof. Dra. Lucile Maria Floeter-Winter 
Maíra Natali Nassar 
Maria Fernanda Laranjeira da Silva 
 
Os protozoários da família Trypanosomatidae apresentam, entre outros, dois 
gêneros, Trypanosoma e Leishmania, que por serem agentes de graves enfermidades 
parasitárias são relevantes em saúde pública. No entanto, os outros organismos da 
família, fornecem a oportunidade de se estabelecer estudos comparativos, utilizando-
se assim organismos não patogênicos. 
Os protozoários do gênero Leishmania, formam um grupo de organismos que 
apresentam dois hospedeiros obrigatórios em seu ciclo de desenvolvimento: um 
flebotomíneo e um mamífero. Neste ciclo o homem aparece acidentalmente, e essa 
infecção pode resultar um complexo quadro de desdobramentos clínicos, 
denominados genericamente como leishmaniose. As leishmanioses são consideradas 
pelo Tropical Diseases Research Programme Organização Mundial de Saúde 
(TDR/OMS), uma das seis doenças de maior importância em Saúde Pública eleitas 
para o desenvolvimento desse programa. Entre as protozooses, ocupam o segundo 
lugar, sendo superadas apenas pela malária. 
Do ponto de vista biológico, organismos do gênero Leishmania apresentam 
características interessantes. São parasitas intracelulares obrigatórios de células do 
sistema fagocítico mononuclear de um grande número de hospedeiros vertebrados, os 
quais adquirem a infecção, na quase totalidade das ocasiões, através do contato com 
o vetor flebotomíneo (Zuckerman & Lainson, 1977). Nos mamíferos, a principal célula 
parasitada é o macrófago. O interessante é que essa célula apresenta diversos 
mecanismos microbicidas: enzimas lisossômicas, intermediários reativos de oxigênio 
e nitrogênio e mediadores derivados de lipídeos. Contudo o parasita é capaz, por 
diversas estratégias, algumas conhecidas, de escapar desses mecanismos 
microbicidas e sobreviver no ambiente hostil. 
 5
A arginase é uma enzima integrante do ciclo da uréia (Krebs-Henseleit) nos 
animais uricotélicos, e é expressa em alguns tripanosomatídeos, entre eles 
Leishmania. A arginase utiliza como substrato L-arginina, produzindo L-ornitina e 
uréia. Inicialmente seu papel funcional foi associado apenas aos processos 
metabólicos envolvidos nessa interconversão arginina-ornitina-citrulina. Além disso, a 
expressão específica é uma das características utilizadas na identificação de 
organismos da família (Camargo, 1999). 
Nos últimos anos, uma série de trabalhos vem sendo publicada relatando as 
propriedades de uma outra enzima, a óxido nítrico sintase induzida (iNOS) que, como 
a arginase, utiliza a L-arginina como substrato, produzindo citrulina e óxido nítrico 
(Nathan e Xie, 1994, Mori & Gotoh, 2000), e como a arginase é expressa em 
macrófagos. A produção de NO é uma importante resposta microbicida dos 
macrófagos. Nessas células, a enzima iNOS é dependente de L-arginina, assim a 
arginase pode atuar negativamente na regulação dos níveis de NO produzidos, 
consumindo o substrato da iNOS (Boucher et al., 1999). Recentemente, foi 
demonstrado que a presença de um inibidor de arginase, a Nω-hydroxyl-L-arginina, 
diminui a capacidade de L. major em estabelecer a infecção em macrófagos (Iniesta et 
al., 2001). 
Com base nestes resultados, postulamos que um dos papéis funcionais da 
arginase de Leishmania estaria relacionado com a sobrevivência do parasita no 
interior dos macrófagos, competindo com a iNOS pelo mesmo substrato. 
Nosso laboratório tem-se dedicado à caracterização do segmento gênico que 
codifica a arginase de Leishmania, assim como seu produto de transcrição (da Silva et 
al., 2002). As informações geradas por essa caracterização permitiram a construção 
de um transfectante com apenas uma cópia do gene nocauteado e esse organismo 
mutante foi utilizado em ensaios de infecção in vitro, com macrófagos da linhagem 
J774. Os resultados dos experimentos apontam para uma baixa taxa na infectividade 
de macrófagos por L. (L.) amazonensis com uma cópia do gene de arginase 
nocauteado. Isso parece indicar que a arginase possa ser importante para a virulência 
e viabilidade do parasitana célula hospedeira. Estudos complementares mostraram 
que a diminuição da síntese de ornitina, também é responsável por uma diminuição na 
 6
taxa de proliferação dos parasitas, uma vez que esse composto é precursor na 
síntese de poliaminas e portanto essencial para a replicação do DNA. 
Por sua vez, o Trypanosoma cruzi é o agente causador da doença de Chagas, 
um importante problema de saúde pública na América Latina, onde se estimam que 
existam aproximadamente 16 - 18 milhões de pessoas infectadas na América Latina e 
sul dos Estados Unidos (http://www.who.int/ctd/chagas/disease.htm). 
O T. cruzi apresenta um ciclo de vida complexo alternando entre hospedeiros 
mamíferos e inseto vetor, um hematófago da família Triatominae. Durante esse ciclo, 
o T. cruzi passa por distintos estádios evolutivos. Dois deles estão presentes no inseto 
vetor: tripomastigota metacíclico e epimastigota. Outros dois estão presentes no 
hospedeiro mamífero: tripomastigota e amastigota. No interior do hospedeiro 
mamífero, o T. cruzi deve obrigatoriamente invadir as células para poder se diferenciar 
para formas replicativas e estabelecer a infecção (Brener, 1973). 
Eventos de regulação de expressão de genes que codificam RNA ribossômico 
comparando a organização da região promotora de RNA polimerase I, tanto em 
T.cruzi como em diferentes espécies de Leishmania indicam que a regulação se dá 
por repressão e que os fatores de transcrição apresentam um comportamento espécie 
seletivo. A elucidação dessa regulação pode fornecer dados importantes quanto aos 
aspectos evolutivos envolvendo a região promotora e a maquinaria de transcrição. 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 
 
Boucher, J. L.; Moali, C.; Tenu, J. P. (1999) - Nitric oxide biosynthesis, nitric oxide synthase 
inhibitors and arginase competition for L-arginine utilization; Cellular and Molecular Life 
Sciences, 55: 1015-1028,. 
 
Brener, Z. (1973) Biology of Trypanosoma cruzi. Ann. Rev. Microbiol. 27, 347. 
 
Camargo, E. P. (1999) Phytomonas and other trypanosomatid parasites of plants and fruit. 
Adv. Parasitol., 42: 29-112. 
 
da Silva, E. R.; Moreno, T. M.; Pioker, F. C.; Silva, C. H. T. P.; Floeter-Winter, L. M. (2002) 
Genomic organisation and transcription characterisation of the gene encoding Leishmania 
(Leishmania) amazonensis arginase and its protein structure prediction. Int. J. Parasitol., 32: 
727-737. 
 
Iniesta. V.; Gómez-Nieto, L. C.; Corraliza, I. (2001) The inhibition of arginase by N�-hydroxy-L-
arginine controls the growth of Leishmania inside macrophage. J. Exp. Med. 193, 777-83. 
 7
 
Lainson, R.; Shaw, J.J.; Silveira, F. T.; Braga, R. R.; Ryan, L.; Povoa, M. M.; Ishikawa, E. A. Y. 
A Leishmania e as leishmanioses. - Instituto Evandro Chagas - 50 anos de contribuição a 
Ciências Biológicas e à Medicina Tropical, 1986. 
 
Mori, M.; Gotoh, T. (2000) - Regulation of Nitric Oxide Production by Arginine Metabolic 
Enzymes. BBRC, 275:715-719. 
 
Nathan, C.; Xie, Q. W. (1994) Nitric oxide synthases: roles, tolls, and controls. Cell. 
23;78(6):915-918. 
 
Orlando, T. C.; Rubio, M.A.; Sturm, N.R.; Campbell, D. A.; Floeter-Winter, L. M. (2002) 
Intergenic and external transcribed spacers of ribosomal RNA genes in lizard-infecting 
Leishmania: molecular structure and phylogenetic relationship to mammal-infecting 
Leishmania in the subgenus Leishmania (Leishmania). - Mem Inst Oswaldo Cruz, 97: 695-
701. 
 
Stempliuk, V. A.; Floeter-Winter, L. M. (2002) Functional domains of the rDNA promoter 
display a differential recognition in Leishmania - Int J Parasitol, 32:437- 447. 
 
Uliana, S. R.; Fischer, W.; Stempliuk, V. A.; Floeter-Winter, L. M. (1996) Structural and 
functional characterization of the Leishmania amazonensis ribosomal RNA promoter. Mol 
Biochem Parasitol, 76: 245-255. 
 
Zuckerman, A.; Lainson, R. (1997) Leishmania. In Parasitic Protozoa, Vol I. (J. P. Kreier, Ed.). 
Academic Press Inc: New York. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 8
FISIOLOGIA DA PIGMENTAÇÃO 
 
Ana Paula Canel Bluhm 
 
A maioria dos animais apresenta cores variadas com as mais incríveis 
combinações e nuances. Cor é uma propriedade física de certas substâncias cujas 
moléculas absorvem luz em certos comprimentos de onda e, portanto, transmitem o 
comprimento de onda complementar ao absorvido. Estas substâncias são 
denominadas pigmentos e há uma grande variedade deles presente na natureza. 
Os grânulos de pigmento são produzidos e armazenados nas células 
pigmentares ou cromatóforos, que são células especializadas, com muitas projeções 
citoplasmáticas, que lhe conferem aspecto estrelado. Nos vertebrados, são originárias 
da crista neural e migram para diversas regiões, apresentando cores variadas, sendo 
classificadas conforme a natureza química dos pigmentos que armazenam: 
 
9 Melanóforos: pretos ou pardos, contêm grânulos de melanina (melanossomos); 
9 Eritróforos: vermelhos, contêm diferentes proporções de pigmentos carotenóides 
e pteridínicos (eritrossomos); 
9 Xantóforos: amarelos, contêm pigmentos pteridínicos e carotenóides em 
proporções variadas (xantossomos); 
9 Leucóforos: brancos, contêm grânulos de purinas (leucossomos); 
9 Iridóforos: iridescentes cores metálicas contêm purinas depositadas em finas 
placas cristalinas. 
 
Em aves e mamíferos a diversidade de cromatóforos foi perdida e o único tipo 
de célula pigmentar presente é o melanócito, célula que sintetiza e armazena 
melanina. 
O padrão de cor e a presença de listras e/ou manchas são determinados 
geneticamente, mas alguns animais podem mudar de cor em resposta a estímulos 
ambientais, como temperatura (termorregulação), cor do ambiente (favorecendo caça 
ou escape), iluminação, presença de outros animais (atração de presas ou parceiro 
sexual), estações do ano e ciclos de dia/noite, permitindo sua adaptação a uma nova 
 9
situação. Alguns animais podem sofrer mudanças de cor de forma rápida (mudança 
de cor fisiológica) ou de forma lenta (mudança de cor morfológica). A mudança na 
coloração dos animais é, na maioria das vezes, regulada pela ação de hormônios ou 
neurotransmissores. 
A mudança de cor fisiológica é uma propriedade de alguns invertebrados, como 
cefalópodes e crustáceos e dos vertebrados pecilotérmicos. São adaptações rápidas, 
que se completam em minutos ou segundos, não estão presentes em aves e 
mamíferos, que apresentam apenas uma lenta migração de grânulos de melanina 
para os queratinócitos vizinhos, penas e pêlos, alem da mudança de cor morfológica. 
Já a mudança de cor morfológica, que pode ocorrer em todos os animais, é 
decorrente de alterações na quantidade ou no tipo de pigmento dentro das células 
pigmentares e/ou na densidade destas (para mais ou para menos). Pode ocorrer 
como uma resposta direta da célula pigmentar à luz ou à temperatura, como é o caso 
da resposta de melanócitos humanos à luz UV (bronzeamento). São mudanças 
extremamente lentas, que podem levar dias ou semanas, mas são mudanças 
duradouras. 
Os seres humanos também possuem melanócitos na pele. A cor de nossa pele 
não depende do número de melanócitos presente em uma determinada área, já que 
esta proporção é semelhante em todas as raças. O que varia é a taxa de produção ou 
o tipo de melanina presente, determinados geneticamente. Quando somos expostos à 
luz solar, a irradiação UV estimula a síntese de melanina nos melanócitos, processo 
conhecido popularmente como bronzeamento. Este processo tem a importante função 
de proteger o DNA de nossas células contra danos causados pela radiação 
ultravioleta. Como este processo é muito lento, recomenda-se a exposição gradual ao 
sol, para permitir a síntese de melanina em quantidade adequada. 
Existem diversas patologiasassociadas à pigmentação, que podem ser 
causadas por mecanismos fisiológicos deficientes, como, por exemplo, o melanoma. 
Todas as patologias associadas às células pigmentares possuem importância clínica, 
seja pela sua gravidade ou pelo fator psicológico associado à aparência física do 
indivíduo. 
 
 10
Referências Bibliográficas: 
 
Regulação hormonal da célula pigmentar de vertebrados. Visconti, M.A. – Tese (Livre-
Docência) – Departamento de Fisiologia/Instituto de Biociências-USP, 1999. 
 
Modulação hormonal de células de eritroforoma da linhagem GEM 81 por α-MSH e MCH. 
Benabou, M.H.P. – Dissertação (Mestrado em Fisiologia) – Departamento de 
Fisiologia/Instituto de Biociências-USP, 1999. 
 
Molecular Biology of the cell, 4.ed. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts.K. & 
Walter. P. Garland Science, 2002. 
 
http://fisio.ib.usp.br/labpig/ 
 
www.pubmed.com 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 11
MELATONINA E SEUS EFEITOS BIOLÓGICOS 
 
Eduardo Koji Tamura 
Erika Cecon 
 
Melatonina é o hormônio produzido pela glândula pineal, conhecido como 
hormônio marcador do escuro. A síntese de melatonina inicia-se com a captura do 
aminoácido triptofano a partir da circulação, que é convertido em 5-hidroxitriptofano e 
em serotonina. Esta, por sua vez, é acetilada a N-acetilserotonina (NAS) em uma 
reação dependente da enzima arilalkilamina-N-acetiltransefrase (AA-NAT), cuja 
expressão gênica varia ao longo do dia. Por fim, a NAS é metilada pela enzima 
hidroxindol-O-metiltransferase (HIOMT), formando então a melatonina (Simonneaux & 
Ribelayga, 2003). 
O controle desta via biossintética está vinculado ao ciclo claro-escuro 
ambiental. Nos mamíferos, a informação luminosa é percebida pelos fotorreceptores 
retinianos, transmitida aos núcleos supraquiasmáticos (NSQs) e ao núcleo 
paraventricular hipotalâmico, que se conecta então aos gânglios cervicais superiores. 
No período de escuro, as fibras simpáticas pós-ganglionares liberam noradrenalina, 
que sinaliza através de receptores β-adrenérgicos presentes na glândula pineal e 
estimula a expressão gênica da enzima AA-NAT, um dos passos limitantes para a 
síntese de melatonina (Klein et al., 1997). 
A secreção noturna de melatonina não só sinaliza a presença do escuro ao 
organismo como também informa sobre a duração do fotoperíodo através da duração 
de sua liberação (Reiter, 1993) tendo, portanto, grande envolvimento nas respostas 
adaptativas do organismo às variações circadianas e também sazonais. Além destes 
efeitos, diversas outras ações são ligadas à participação da melatonina, como por 
exemplo à mudança de cor de pele em anfíbios, o envolvimento em processos 
relacionados ao sono, a inibição da iniciação do câncer e do crescimento do tumor, a 
estimulação do sistema imunológico, entre outros (Reiter et al., 2002). 
A concentração noturna máxima de melatonina no plasma em mamíferos está 
na faixa de pM – nM e ações dependentes da produção extra pineal são observadas 
em concentrações maiores, na faixa de μM – mM. 
 12
Um dos efeitos mais conhecidos e bem estudados de altas concentrações de 
melatonina é a capacidade de atuar como antioxidante (para revisão, Reiter et al., 
2002). Os radicais livres possuem alta reatividade, o que leva à oxidação de 
moléculas estruturais e essenciais para a atividade celular. Um outro mecanismo de 
ação que pode resultar em efeito antioxidante é o aumento da atividade de enzimas 
como a superóxido dismutase (SOD), glutationa peroxidase e glutationa oxidase. 
Por se tratar de uma molécula lipofílica a melatonina também possui ações 
intracelulares e um dos principais mecanismos de ação observados em baixas 
concentrações é a capacidade de ligação a calmodulina, ligação esta de alta 
afinidade, sugerindo uma relevância fisiológica (Benítez-King & Antón Tay, 1993). 
Considerando que a calmodulina participa da maioria dos eventos intracelulares em 
vertebrados superiores, além de possuir capacidade de ligação e regulação em uma 
grande diversidade de proteínas-alvos, incluindo enzimas, canais iônicos, receptores e 
proteínas do citoesqueleto, a interação melatonina-calmodulina, pode interferir em 
diversas modificações de funções celulares (para revisão, Kortvely & Gulya, 2004). 
A melatonina também se liga com alta afinidade (pM a nM) a receptores 
clássicos membrana (MT1 e MT2) que pertencem à família de receptores de sete 
domínios transmembrânicos, acoplados à proteína G (Reppert et al., 1994), a um “sítio 
receptor” (MT3), muito provavelmente constituído por uma enzima a quinona redutase 
II (Nosjean et al., 2000) e a receptores nucleares (Becker-Andre et al., 1994). 
Devido a esta grande diversidade de mecanismos de ações que ocorrem de 
acordo com a concentração e com o local de ação, a melatonina tem sido amplamente 
estudada por diversos grupos e nos mais diferentes sistemas. Apesar dos vários 
efeitos fisiológicos já demonstrados e bem estabelecidos por toda a literatura, muitos 
destes efeitos não estão elucidados, possibilitando, um grande campo de estudo com 
esta importante molécula encontrada nos diversos organismos. 
 
Referências Bibliográficas: 
 
Becker-Andre, M.; Wiesenberg, I.; Schaeren-Wiemers, N.; Andre, E.; Missbach, M.; Saurat, J. 
H.; Carlberg, C. (1994) Pineal gland hormone melatonin binds and activates an orphan of the 
nuclear receptor superfamily. J. Biol. Chem., 269: 28531-28534. 
 
 13
Benítez-King, G.; Antón-Tay, F. (1993) Calmodulin mediates melatonin cytoskeletal effects. 
Experientia, 49: 635-641. 
 
Klein, D. C.; Coon, S. L.; Roseboom, P. H.; Weller, J. L.; Bernard, M.; Gastel, J. A; Zatz, M.; 
Iuvone, M.; Rodriguez, I. R.; Bégay, V.; Flcon, J.; Cahill, G. M.; Cassone, V. M.; Baler, R. 
(1997) The melatonin rhythm-generating enzyme: molecular regulation of serotonin n-
acetyltransferase in the pineal gland. Recent Progress in Hormone Res., 52: 307-58. 
 
Kortvely, E.; Gulya, K. (2004) Calmodulin and various ways to regulate its activity. Life Sci., 
74: 1065-1070. 
 
Nosjean, O.; Ferro, M.; Coge, F.; Beauverger, P.; Henlin, J. M.; Lefoulon, F.; Fauchere, J. L.; 
Delagrange, P.; Canet, E.; Boutin, J. A. (2000) Identification of the melatonin-binding site MT3 
as the quinone reductase 2. J. Biol. Chem., 275: 31311-31317. 
 
Reiter, R.J. (1993) The melatonin rhythm: both a clock and a calendar. Experientia, 49(8): 
654-664. 
 
Reiter, R. J.; Tan, D. X.; Sainz, R. M.; Mayo, J. C.; Lopez-Burillo, S. (2002) Melatonin: 
reducing the toxicity and increasing the efficacy of drugs. J. Pharm. and Pharmacol., 54: 
1299-1321. 
 
Reppert, S. M.; Weaver, D. R.; Ebisawa, T. (1994) Cloning and characterization of mammalian 
melatonin receptor that mediates reproductive and circadian responses. Neuron., 13(5): 1177-
1185. 
 
Simonneaux, V.; Ribelayga, C. (2003) Generation of the melatonin endocrine message in 
mammals: a review of the complex regulation of melatonin syntesis by norepinephrine, 
peptides, and other pineal transmitters. Pharmacol Reviews. 55:325-395. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 14
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS DE ORGANISMOS MARINHOS 
 
Andréa Lúcia Campos Natali 
 
Existe um interesse considerável em explorar o ambiente marinho quanto à 
busca por substâncias biologicamente ativas. Na natureza elas são úteis em situações 
de competição, distribuição comunitária agregada ou a resistência a predação por 
algumas algas (Oliveira, 2002). Com o avanço dos estudos/pesquisas em ecologia 
bioquímica, grande enfoque tem sido dirigido aos metabólitos secundários das 
funções vitais. Exemplo disso são aqueles envolvidos com a preservação da espécie 
e da sua integridade contra os ataques de seuspredadores naturais, sejam eles 
fungos, bactérias, moluscos ou animais superiores. Outro exemplo é a alelopatia, ou 
seja, o seqüestro de toxinas de algas da dieta de algumas espécies com finalidade 
defensiva (Freitas, 1980; Freitas & Jacobs, 1983; Kotaki et al., 1983; Yasumoto et al., 
1983) ou substâncias envolvidas para deter a herbívora (ouriço-do-mar e moluscos) 
(Hay & Fenical, 1988). 
Os recentes avanços científicos na farmacologia marinha têm revelado diversos 
compostos bioativos, ampliando as possibilidades de aplicação das algas (macro e 
microalgas) como fonte direta de medicamentos ou inspirando a síntese de novas 
substâncias a partir das estruturas moleculares descobertas. Além dos produtos como 
o agar-agar, a carragenina e os alginatos, as algas têm numerosos constituintes que 
atraem progressiva atenção em muitos campos, principalmente para a finalidade 
farmacológica (Hay, 1996). 
Entre os constituintes das macroalgas encontramos ácidos, como o ácido 
Kaínico da rodofícea Digenea simplex com atividade vermífuga e neuroativa; os 
alcalóides, como a tiramina e dopamina que já foram isolados das macroalgas 
Monostroma, Polysiphonia, Chondrus e Laminaria. 
Substâncias antibacterianas e antibióticas são encontradas em algas verdes 
como a Ulva lactuca, rica em ácido acrílico, enquanto substâncias antifúngicas estão 
presentes na Halimeda opuntia que produz o halimedatriol, o qual tem funções 
inotrópicas positivas no coração, inibe divisão celular, é antibacteriana e antiviral. 
 15
Substâncias com funções antilipêmica e antitumoral são encontradas na alga parda 
Stypopodium zonale, que produz estipoldiona que inibe a polimerização de 
microtúbulos (Freitas & Marsiglio, 1986; O’ Brien et al., 1989). O elatol e a elatona, 
isoladas da alga vermelha Laurência sp inibem a divisão celular. A alga Laminaria 
angustula produz a laminina, que promove um efeito inotrópico negativo e é 
hipotensiva. A alga verde Caulerpa sp possui propriedades diuréticas. Além desses, já 
estão bem estabelecidas outras propriedades das algas como: hemostática, 
hemaglutinante, antilipêmica, antitumoral, hipocolesterolêmica e antiulcerogênica (Sun 
& Tseng, 1983). 
Muitos estudos estão voltados para as substâncias de alta toxicidade como a 
saxitoxina, a tetrodotoxina e derivados (Freitas et al., 1988). A alga rodofícea do 
gênero Jania foi indicada como fonte de neurotoxinas (goniautoxinas I, II e III – 
análogas as saxitoxinas) e tetrodotoxina (Kotaki et al., 1983). No Brasil, Freitas et al. 
(1988) identificaram saxitoxina, goniautoxinas e tetrodotoxina nas algas rodofíceas 
Jania rubens e Arthrocardia gardneri. 
Substâncias tóxicas também são encontradas em microalgas, como os 
dinoflagelados que produzem toxinas que são acumuladas em mariscos ou em 
peixes. Quando o homem se alimenta desses organismos, pode apresentar sintomas 
característicos dos envenenamentos provocados pelas substâncias produzidas pelos 
dinoflagelados. Os envenenamentos podem ser do tipo amnésico (ácido domóico), 
neurotóxico (brevetoxinas), diarréico (ácido okadaico e derivados), ciguatérico 
(ciguatoxinas), paralisante (saxitoxinas e análogos) e azaspiracídeo. 
A alga verde Bryopsis pennata possui substâncias não hemolíticas, 
antimitóticas, neurotóxicas e musculotrópicas, promovem o efeito cronotrópico e 
inotrópico positivo em coração de anuros (Sakamoto, 1993). Este último será 
demonstrado em atividade prática no laboratório farmacológico do professor José 
Carlos de Freitas. 
 
Referências Bibliográficas: 
 
Freitas, J. C. (1980) Evidências de um possível comportamento de defesa química em 
crustáceos Braquiúros. Bol Fisiol. Anim., 4:153-61. 
 
 16
Freitas, J. C. & Jacobs, R. S. (1983) Antagonism of the neurotoxic action of the 
betabungarotoxin on the rat phrenic-nerve hemidiaphragm by the marine natural product, 
manoalide. Fed. Proc. 42: 374. 
 
Freitas, J., C., Marsiglio, A. F. (1986) Pharmacological activity of extracts of some marine 
algae from Brazilian coast. Bolm. Fisiol. Anim. Univ. S. Paulo. 10, 61-68. 
 
Freitas, J. C., Ogata, T., Sato, S.; Kodama, M. (1988) The occurrence of tetrodotoxin and 
paralytic shellfish toxins in macroalgae from the Brazilian coast. Proc. Japan. Assoc. 
Mycotoxicol., (Suppl.1): 29-30. 
 
Hay, M. E. & Fenical, W. (1988) Marine plant-herbivore interactions: The ecology of chemical 
defense. Annu. Rev. Ecol. System., 19:111-45. 
 
Hay, M. E. (1996) Marine chemical ecology: what’s known and what’s next? J. Exp. Mar. Biol. 
Ecol. 200, 103-134, 1996. 
 
Kotaki, Y.; Tajiri, M.; Oshima, Y.; Yasumoto, T. (1983) Identification of calcareous red algae as 
the primary source of paralytic shellfish toxins in corral reef crabs and Gastropods. Bull. 
Japan. Soc. Sci. Fisch., 49: 283-6. 
 
O’Brien, E. T.; Asai, D. J.; Jacobs, R. S.; Wilson, L. (1989) Selective inhibition of cytokinesis in 
sea urchin embryos by low concentrations of stypoldine, a marine natural product that reacts 
with sulfhydryl groups. Mol. Pharmacol., 35: 635-42. 
 
Oliveira, E. C. Macroalgas marinhas da costa brasileira, estado do conhecimento, usos e 
conservação biológica. Congresso Brasileiro de Botânica, Recife, 2002. 
 
Sakamoto, M. M. Ações farmacológicas do extrato de alga marinha Bryopsis pennata 
(Chlorophyta, Caulerpales). Tese de Doutoramento, Instituto de Ciências Biomédicas, 
Universidade de São Paulo, 124p, 1993. 
 
Sun, S. & Tseng, C. K. Pharmacological Studies on Chinese seaweeds in people’s Republic of 
China. In: International Seaweed Symposium, 11., 1983. 
 
Yasumoto, T.; Oshima, Y.; Kotaki, Y. (1983) Analyses of Paralytic Shellfish Toxins in Coral 
Reef Crabs and Gastropods with the identification of the Primary source of the Toxins. 
Toxicon, (Suppl.3): 513-6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 17
MECANISMOS DE OSMORREGULAÇÃO EM ANIMAIS I 
 
James F. Malta da Silva 
Dr. Luis Alberto Valotta 
 
 A capacidade de regular o volume celular em face de desafios osmóticos é 
um dos mecanismos fisiológicos fundamentais. É, provavelmente, um dos mais 
antigos e tendo surgido precocemente na evolução. Acredita-se que, quando 
moléculas auto-replicantes foram envolvidas por membranas fosfolipídicas e iniciou-se 
a produção de moléculas não difusíveis, um gradiente eletroquímico favorável ao 
influxo de água foi formado com riscos à ruptura destas estruturas. Para garantir o 
volume destas protocélulas, pode-se supor que paralelamente à evolução de 
moléculas auto-replicantes, sistemas de transporte de solutos evoluíram visando à 
preservação da concentração osmótica (CO) interna igual à do meio e, portanto, 
garantindo fluxos resultantes de água nulos. 
 Há fortes evidências de que certos mecanismos implicados na regulação de 
volume também estão implicados tanto com a divisão celular como com a apoptose - 
morte celular programada. Assim, a regulação e/ou manutenção do volume celular é 
de fundamental importância para a vida da célula. 
 Mesmo em meios isosmóticos as células estão sujeitas às alterações no 
volume pelo influxo de água. Isto decorre do efeito Donnan causado pela presença de 
moléculas impermeantes carregadas negativamente dentro das células, tais como as 
proteínas e ácidos nucléicos. O modelo que dispomos sobre a relação entre fluxos 
iônicos e volume celular, basicamente, consiste em descrever a manutenção do 
volume celular como resultante do equilíbrio dinâmico entre o transporte ativo de 
solutos (Na+-K+-ATPase) e fluxo passivo através de canais (K+, Cl-, principalmente). 
Este sistema compensa, sobretudo, o efeito Donnan. 
 A manutenção de volume requer que, em condições normais, influxo e efluxo 
de água sejam equivalentes, ou seja, fluxo resultante zero. Se a CO extracelular for 
abruptamente diminuída,as células incharão devido ao influxo de água através da 
membrana. Esse inchamento celular é revertido com a extrusão de íons e água 
levando à redução regulatória de volume (regulatory volume decrease - RVD). 
 18
Quando as células retornarem a valores próximos aos iniciais, estarão praticamente 
isosmóticas ao novo meio e, ao serem transferidas ao meio anterior, comportam-se 
agora como em meio hiperosmótico e sofrem redução de volume. Por outro lado, caso 
a CO extracelular seja abruptamente aumentada, as células murcharão devido ao 
efluxo de água. Este murchamento celular, então, poderá ser revertida através do 
ganho de íons e água levando ao aumento regulatório de volume (regulatory volume 
increase - RVI). Nesta condição, as células tornam-se isosmóticas ao novo meio e, 
quando transferidas ao meio anterior comportam-se como em meio hiposmótico e 
aumentam de volume. As variações de volume em células submetidas a choques 
anisosmóticos são bastante rápidas, da ordem de segundos (Figura 1). 
 Muitas células podem regular e/ou compensar um aumento ou diminuição do 
seu volume através do fluxo de solutos orgânicos ou inorgânicos, estes habilitam as 
células a alcançarem seu volume próximo ao normal durante exposições a meios 
hiposmótiicos ou hiperosmóticos. Em geral, células cuja CO é mantida entre 500-1000 
mOsm.kg H2O-1, como em organismos marinhos eurialinos e na medula renal de 
mamíferos, contém altas concentrações de osmólitos orgânicos e os utilizam durante 
a regulação de volume. Contudo, nestas células como em outras, a regulação de 
volume utiliza tanto solutos orgânicos como inorgânicos em proporções que 
preservam a função celular particular. 
 
Referências Bibliográficas; 
 
Bortner, C. D.; Cidlowski, J. A. (1996) Absence of volume regulatory mechanisms contributes 
to the rapid activation of apoptosis in thymocytes. Am. J. Physiol. 271(Cell Physiol.) 40:C950-
C961. 
 
Chamberlin, M. E.; Strange, K. (1989) Anisosmotic celI volume regulation: a comparative view. 
Am. J. Physiol. 257 (CeIl Physiol. 26): C159-C173. 
 
Deaton, L. E.; Pierce, S. K. (1994) lntroduction: cellular volume regulation - mechanisms and 
control. J. Exp. Zool. 268: 77-79. 
 
Garcia-Perez, A.; Burg, M. B. (1991) Role of organic osmolytes in adaptation of renal cells to 
high osmolality. J. Memb. Biol. 119:1-13. 
 
Hallows, K. R.; Knauf, P. A. Principles of celI volume regulation. In: Cellular and Mollecular 
Physiology of Cell Volume Regulation, edited by K. Strange. Boca Raton, FL: CRC, 1994, p. 3-
28. 
 19
 
Pierce, S. K. (1982) Invertebrate cell volume control mechanisms: a coordinated use of 
intracellular amino acids and inorganic ions as osmotic solute. Biol.Bull. 163:405-419. 
 
Schultz, S. G. (1989) Volume Preservation: then and now. News Physiol. Sci. 4: 169-172. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Ativação celular de mecanismos regulatórios de volume em resposta a 
alterações na concentração do meio. Regulação do volume em relação ao ganho e 
perda de soluto, redução regulatória do volume (RVD) e aumento regulatório do 
volume (RVI) respectivamente (Modificado de DEATON & PIERCE, 1994). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-
Aumento Regulatório de 
Volume (RVI) 
Cl- 
Na+ 
Na+ 
Na+ 
H+ Cl
- 
HCO3- 
H2O 
K+ 
Perda de soluto Ganho de soluto 
Volume 
K+ 
Cl
- 
H2O 
K+ 
Cl- 
Redução Regulatória de 
Volume (RVD) 
 20
MECANISMOS DE OSMORREGULAÇÃO EM ANIMAIS II 
(elaborado a partir de Randall et al., 1997) 
 
James F. Malta da Silva 
Dr. Luis Alberto Valotta 
 
A composição do ambiente extracelular em muitos animais se assemelha à 
água do mar diluída. Esta similaridade pode ter sua origem no mar primitivo no qual se 
acredita terem ocorrido às etapas mais precoces da evolução. A habilidade de muitos 
animais em regular a composição de seu ambiente interno é fortemente relacionada à 
sua habilidade de ocupar ambientes que diferem osmoticamente das necessidades de 
seus tecidos. Osmorregulação requer trocas de água e sais entre o ambiente 
extracelular e os ambiente externo para compensar perdas e ganhos obrigatórios ou 
que não possam ser controlados. O transporte de água e solutos através dos epitélios 
é fundamental a toda atividade osmorregulatória. As trocas obrigatórias de água 
dependem: (1) do gradiente osmótico que existe entre os ambientes internos e 
externos; (2) da relação superfície-volume do animal; (3) da permeabilidade do 
tegumento; (4) da tomada de alimento e água; (5) das perdas evaporativas de água 
relacionadas à termorregulação; e (6) da remoção de resíduos metabólicos e 
digestórios na urina e nas fezes. 
Tanto animais marinhos como terrestres correm riscos de desidratação, 
enquanto que animais de água doce devem prevenir-se em relação à hidratação 
resultante da captação osmótica da água. Aves marinhas, répteis e teleósteos repõem 
a perda de água bebendo água do mar e secretando ativamente sal através de um 
epitélio secretor. Peixes de água doce não bebem água: repõem as perdas de sais 
por transporte ativo. Aves e mamíferos são os únicos vertebrados que secretam uma 
urina hiperosmótica. Muitas espécies de deserto utilizam mecanismos adicionais para 
minimizar a perda respiratória de água. 
A maioria dos rins de vertebrados utiliza filtração, reabsorção e secreção na 
formação de urina. Um mecanismo de contracorrente presente nos rins de aves e 
mamíferos permite a produção de urina hiperosmótica. A filtração do plasma no 
glomérulo é dependente da pressão arterial. Cristalóides e pequenas moléculas 
 21
orgânicas são filtradas, deixando as células sangüíneas e grandes moléculas para 
trás. Sais e moléculas orgânicas como açúcares são parcialmente reabsorvidas a 
partir do filtrado glomerular nos túbulos renais, e certas substâncias são secretadas no 
fluído tubular. Um sistema multiplicador de contracorrente que inclui o duto coletor e a 
alça de Henle ajusta os valores extremos que se observam no gradiente de 
concentração extracelular de sais e uréia que se estende profundamente para o 
interior da medula no rim de mamíferos. A água é retirada osmoticamente dos dutos 
coletores e passa através de grandes concentrações medulares de sal e uréia na 
direção da pelve renal. O controle endócrino da permeabilidade hidráulica do duto 
coletor determina o volume de água reabsorvida e retida na circulação. Estes 
procedimentos permitem que a composição da urina difira fortemente das proporções 
de substâncias que ocorrem no sangue. 
A formação da urina segue o mesmo padrão geral em todos ou na maioria dos 
vertebrados e invertebrados. A pré-urina formada contém essencialmente todas as 
pequenas moléculas e íons que formam o sangue. Na maioria dos vertebrados e em 
crustáceos e moluscos, essa formação é acompanhada pela ultrafiltração; em insetos, 
pela secreção de KCl, NaCl, e fosfato, com água e outras pequenas moléculas, como 
aminoácidos e açúcares que seguem passivamente seus gradientes de concentração, 
através do epitélio dos túbulos de Malpighi. A pré-urina é modificada 
subseqüentemente pela reabsorção seletiva de íons e água, em alguns animais, pela 
secreção de excretas no lúmen do néfron pelo epitélio tubular. 
Aves e répteis podem beber água do mar, excretando o excesso de sal através 
de uma glândula nasal de sal. Elasmobrânquios excretam sal por uma glândula retal 
de sal: constituída de células secretoras de sal similares àquelas encontradas na 
porção ascendente fina da alça de Henle do rim de mamíferos, na glândula de sal de 
aves e répteis e nas células de cloreto nas brânquias de teleósteos marinhos. A 
regulação hormonal da atividade dessas células é também similar em tubarões,em 
aves, em répteis e em mamíferos. As brânquias de peixes teleósteos e muitos 
invertebrados realizam osmorregulação pelo transporte ativo de sais, a direção do 
transporte para dentro em peixes de água doce e para fora em peixes marinhos. 
 22
O nitrogênio produzido pelo catabolismo de aminoácidos e proteínas é 
eliminado em uma dentre três formas, dependendo do ambiente osmótico em que 
vivem os diferentes grupos animais. Amônia, altamente tóxica e solúvel, requer 
grandes quantidades de água para ser eliminada através das brânquias de teleósteos. 
Ácido úrico, pouco tóxico e pobremente solúvel, é eliminado como uma suspensão 
semi-sólida via o rim de aves e répteis. Uréia é a menos tóxica e sua eliminação 
requer quantidades moderadas de água. Os mamíferos convertem a maioria de suas 
excretas nitrogenadas em uréia, a qual é excretada na urina; elasmobrânquios usam 
uréia como um agente osmótico no seu sangue e excretam o excesso de nitrogênio 
como uréia através de suas brânquias. 
 
Referências Bibliográficas: 
 
Gilles, R. (Editor) Mechanisms of osmoregulation in animals: maintenance of cell volume (1st 
edition) John Wiley & Sons, 1979. 
 
Gupta, B. L.; Moreton, R. B.; Oschman, J. L.; Wall, B. J. Transport of ions and water in animals 
(1st edition). Academic Press, 1977. 
 
Randall, R.; Burggren, W.; French, K. Eckert Animal Physiology: mechanisms and adaptations 
(4th edition). W. H. Freeman and Company, 1997. 
 
Schmidt-Nielsen, K. Animal Physiology : Adaptation and Environment (1st edition) Cambridge 
University Press, 1997. 
 
Stone, G.; Johnston, I. A.; Willmer, P. J. Environmental Physiology of Animals (2nd edition). 
Blackwell Science Inc, 2000. 
 
Strange, K. (Editor) Cellular and Molecular Physiology of Cell Volume Regulation (1st edition). 
CRC Press, 1994. 
 
Withers, P. C. Comparative Animal Physiology (1st edition). Harcourt Brace, 1992. 
 
 
 
 
 
 
 
 23
MECANISMOS DE OSMORREGULAÇÃO EM ANIMAIS III 
(elaborado a partir de Gilles, 1979) 
 
James F. Malta da Silva 
Dr. Luis Alberto Valotta 
 
O problema da regulação de volume celular é um dos elementos cruciais na 
conquista de diferentes biótopos e no estabelecimento de organismos em ambientes 
aquáticos com flutuações de salinidade. De acordo, a vida foi originada em algum tipo 
de oceano e a capacidade de controlar o volume celular é um dos principais pré-
requisitos para a invasão de outros tipos de habitats como os ambientes de água doce 
e terrestre. Os organismos que habitam este meio desenvolveram adaptações 
osmóticas específicas habilitando a sua manutenção em suas comunidades. Há várias 
maneiras através das quais o problema da manutenção do volume celular pode ser 
resolvido. O organismo pode isolar-se completamente do meio externo, evitando 
dessa forma o ganho ou a perda de água. Esta solução não foi mantida por um 
grande número de espécies ao longo da evolução. Trocas com o meio externo são 
necessárias para satisfazer as necessidades celulares. Alguns esporos bacterianos 
podem sobreviver por longos períodos com um conteúdo baixo de água e sem trocas 
com o seu meio ambiente; nesta situação, entretanto, seus processos vitais são 
essencialmente suspensos. Na maioria dos organismos, a água atravessa a 
membrana celular por difusão em resposta a gradientes osmóticos. Há duas maneiras 
de evitar mudanças no volume celular enquanto mantém-se a possibilidade de trocas 
entre o fluído intracelular e o meio ambiente. O primeiro método consiste no controle 
da Concentração Osmótica (CO) do fluído intracelular em relação a eventuais 
modificações do meio externo. O segundo método implica no controle da CO do fluído 
que circunda as células em quaisquer condições externas. A última solução foi 
adotada por diversos eucariotos e foi denominada a “regulação anisosmótica 
extracelular”. Embora a existência de um fluído extracelular diferente do meio externo 
foi observada precocemente na evolução, a efetiva regulação deste meio (os fluídos 
corpóreos) é um atributo de apenas alguns grupos zoológicos altamente evoluídos. 
Pode ser encontrado em alguns vermes e moluscos, mas, essencialmente, ocorre em 
 24
artrópodes e em vertebrados. Além disso, muitos dessas espécies são incapazes de 
manter o estado osmótico de seu sangue quando a CO do ambiente varia. 
Os mais eficientes reguladores anisosmóticos formam a categoria denominada 
dos assim chamados animais homeostáticos; essas espécies podem manter a CO do 
seu sangue estacionária independente das condições externas. Além de alguns 
crustáceos e peixes, representantes deste grupo são encontrados entre répteis, aves, 
e mamíferos. Os íons inorgânicos Na+ e Cl- predominam como efetores osmóticos 
sanguíneos na maioria dos reguladores anisosmóticos. Uréia é usada por alguns 
vertebrados inferiores. Este composto orgânico é encontrado essencialmente em 
ciclostomados e em elasmobrânquios, mas também tem um papel em vários anfíbios 
e répteis. 
Há apenas alguns animais homeostáticos. Em todos as outras espécies, as 
células têm que, algumas vezes, se defrontar com importantes mudanças na CO de 
seu meio ambiente. Além disso, os eficientes mecanismos de controle da CO 
sangüínea que atuam em espécies homeostáticas podem estar encobertos sob certas 
condições ou podem apresentar certa demora em responder a uma nova situação. 
Isto aponta para a importância dos mecanismos de controle osmótico do fluído 
intracelular na manutenção do volume celular. 
Na maioria das espécies de animais eucarióticas, os fluídos intra e 
extracelulares são mantidos próximos da condição isosmóticas. Os mecanismos 
implicados neste processo foram denominados como mecanismos de “regulação 
isosmótica intracelular”. Trabalham para manter o equilíbrio osmótico apesar da 
presença de solutos aniônicos não-difusíveis no interior das células; estas partículas 
geram uma pressão osmótica a qual, de outra forma, iria induzir o inchamento e a lise 
das células de animais por possuírem membranas facilmente distensíveis. Além disso, 
estes mecanismos são de fundamental importância na resposta regulatória de volume 
que estas células são capazes de desenvolver após mudanças na CO de seu meio 
ambiente. Em todos os tecidos e células estudados até o momento, eles implicam no 
controle ativo do montante de vários efetores osmóticos intracelulares entre os quais 
os íons inorgânicos Na+, K+ e Cl- e os aminoácidos livres possuem um papel 
proeminente. 
 25
Os mecanismos de regulação isosmótica intracelular foram encontrados em 
tecidos e células de muitas espécies de vários grupos zoológicos incluindo 
protozoários, invertebrados, e vertebrados. É importante notar que muitos desses 
organismos ou não possuem, ou possuem de forma muito frágil, a capacidade de 
regulação anisosmótica extracelular. Pode-se, portanto, concluir que a regulação 
isosmótica em nível celular um processo mais primitivo o qual apareceu precocemente 
e persistiu ao longo da evolução. Processos de regulação anisosmóticos devem ter 
sido adquiridos posteriormente, adicionando às espécies que o possuíam um novo 
leque de possibilidades. 
 
Referências Bibliográficas: 
 
Alberts, B.; Bray, D.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Watson, J.D. Molecular Biology of The 
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 26
BALANÇO OSMÓTICO EM AMBIENTES MARINHO, DE ÁGUA DOCE E XÉRICO 
EXERCÍCIO TEÓRICO-PRÁTICO 
 
Elaborado por: Prof. Dr. Luiz Carlos Salomão 
 
Introdução 
 
Nos animais aquáticos, especialmente nos animais marinhos e estuarinos, as 
variações da salinidade do meio podem resultar em variações nas concentrações 
iônica e osmótica do sangue e fluídos extracelulares. Animais marinos hiposmóticos 
estão sujeitos ao efluxo de água e influxo de íons, contrariamente aos animais de 
água doce, que por serem hiperosmóticos, estão sujeitos ao influxo de água e efluxo 
de íons, alterando a Concentração Osmótica (CO) do sangue e líquidos tissulares. 
Há dois padrões básicos de resposta dos animais a tais variações na 
salinidade, isto é, osmoconformação e osmorregulação. No primeiro caso, a CO do 
sangue, hemolinfa ou líquidos extracelulares varia linearmente com a variação da CO 
do meio. No segundo caso, a CO se mantém constante apesar das variações na 
salinidade do meio. Entre estes dois casos extremos, osmorregulação e 
osmoconformação, ocorrem respostas intermediárias. Para se saber o padrão de 
resposta osmótica, em laboratório, geralmente submetem-se os animais a meios de 
diferentes salinidades, ou seja, de composições iônicas diferentes e determinam-se as 
concentrações iônicas e a CO do sangue destes animais nestas diferentes condições 
experimentais. 
Já no ambiente terrestre, em que a grande vantagem é a maior disponibilidade 
de oxigênio, o balanço hídrico é de outra natureza e, muitas vezes, é obtido tanto por 
ajustes fisiológicos como comportamentais. Tal é que se observa, por exemplo, no 
banco hidromineral do rato canguru Dipodomys merriami. Entre os mamíferos, 40% 
das espécies pertence à Ordem dos roedores, a mais numerosa. Distribue-se por todo 
planeta, mas principalmente na América do Sul. Adaptaram-se aos diferentes 
ambientes, das regiões polares ao equador, das montanhas as praias e do deserto 
aos pântanos. A maioria dos roedores é terrestre, mas alguns são arborícolas ou 
semi-aquáticos. A maior parte dos roedores é de pequeno porte, isto é, de 10 a 20 cm 
 27
de comprimento e de 50 a 500 g de massa corporal. Alguns, no entanto, como uma 
espécie de porco espinho (Hystrix cristata) do norte da África chega a atingir massas 
corpóreas de 20-50 kg. A presença dos roedores tem relevante papel ecológico por 
serem a principal fonte de alimento para aves e mamíferos carnívoros, havendo uma 
relação bem estabelecida entre o tamanho da população de roedores e suas presas. 
A relação com os homens não se limita à destruição da agricultura ou à transmissão 
de doenças. São úteis como animais de laboratório, por consumirem certos insetos e 
por propiciarem o arejamento do solo cavando galerias subterrâneas. 
Entre os mamíferos, são os roedores que ocuparam os mais diferentes 
ambientes com relação à disponibilidade à água. Estão presentes nos desertos mais 
áridos onde a água não está disponível, mas que também se tornou dispensável para 
eles. Nesse sentido, deve-se ressaltar as pesquisas de Schmidt-Nielsen (1964) sobre 
os hábitos e a fisiologia renal do rato canguru que vive numa região tão inóspita, 
quanto à disponibilidade de água, que poucas outras espécies lhe fazem companhia. 
 
Respostas osmóticas em Perna perna 
 
A Tab. 1 apresenta resultados em experimentos realizados com o molusco 
bivalve Perna perna. Os mexilhões Perna perna foram coletados em costões nas 
proximidades de São Sebastião e foram transferidos para tanques de cimento amianto 
e mantidos em água de mesma salinidade do local de coleta, isto é, 1000 mOsm/kg 
H2O por cerca de 24 h. A seguir foram distribuídos em tanques de cimento amianto 
contendo água do mar diluída com água destilada, obtendo-se, assim, as diferentes 
salinidades experimentais. Em cada salinidade experimental foram colocados 
mexilhões com cunha entre as valvas e sem cunha. A hemolinfa dos animais com 
cunha foi coletada após 6 h de exposição aos diferentes meios, tempo previamente 
determinado considerando ser este período o suficiente para as trocas osmo-iônicas. 
Nos animais sem cunha, as amostras foram obtidas após 24 h. O objetivo das cunhas 
era o de manter a livre exposição das partes moles do animal aos meios 
experimentais. Manteve-se arejamento contínuo durante todo o experimento. 
 
 28
Tabela 1. Concentração osmótica da hemolinfa de Perna perna, com cunha e sem 
cunha mantidos em diferentes salinidades. Valores em mOsm/kg H2O. As 
concentrações osmóticas foram determinadas pelo abaixamento do ponto de 
congelamento conforme descrito por Salomão (Bolm Fisiol. Animal, Univ. S. Paulo, 4: 
143-152, 1980). 
 
Meio 250 410 560 700 850 1000 1150 1300 
c/ cunha = 417 598 685 864 1016 1150 1320 
s/ cunha 910 650 620 730 860 1020 1160 1315 
 
Estes resultados podem ser visualizados na figura abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 29
Respostas osmóticas em Macrobachium olfersii 
 
Exemplares de Macrobrachium olfersii foram coletados no Rio Guaecá, cuja 
salinidade é próxima de zero, transportados para o laboratório em condições que 
garantiam a sua higidez, onde foram mantidos em tanques de cimento amianto, com 
água do mesmo local de coleta, continuamente arejada. Após um período de 
permanência em meios iguais aos dos locais de coleta, os animais foram transferidos 
para tanques com água do mar diluída a fim de se obter as diferentes salinidades 
desejadas (concentrações osmóticas). A Tab. 2 indica os valores da concentração 
osmótica dos oito diferentes meios experimentais e da hemolinfa dos camarões 
Macrobrachium sp. E a figura 2 mostra estes dados plotados e ajustados por uma 
função polinomial de 3° grau. 
 
Tabela 2. Concentração osmótica (mOsm/kg H2O) da hemolinfa de M. olfersii e dos 
diferentes meios em que foram mantidos. As concentrações osmóticas foram 
determinadas pelo abaixamento do ponto de congelamento em um osmômetro Fiske. 
Meio 0 150 300 450 600 750 900 1000 
Hemolinfa 430 480 500 510 550 580 650 800 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 30
Discussão 
 
1. Como você definiria o comportamento osmótico de M. olfersii e de P. perna? 
2. No caso de P. perna, em que sentido a introdução da cunha altera a resposta 
osmótica? Qual o significado fisiológico desta alteração? 
3. Que tecidos ou órgãos seriam mais sensíveis ao estresse osmótico? Por que? 
4. Em que níveis compartimentais estes fenômenos podem ser abordados? 
5. O que se pode dizer acerca da eurialinidade destes dois animais, a partir dos 
resultados obtidos? 
6. A resposta osmótica de P. perna à variação de salinidade pode ser expressa por 
uma função do tipo y = ax + b, enquanto que a do M. olfersii seria por uma função do 
tipo y = ax3 + bx2 + cx + d. Qual o significado fisiológico destas representações? 
7. No caso de P. perna com cunha e sem cunha, o que seria uma abordagem 
reducionista e uma abordagem holística, sistêmica ou integrativa? 
 
Osmorregulação no rato canguru 
 
O balanço hidromineral no rato canguru se torna crítico em razão do ambienteinóspito em que vive fazendo-o depender apenas da pouca água contida nos 
alimentos e da água metabólica. 
A Tab. 3 resume o balanço hídrico do rato canguru. 
Ganho Perdas 
Água metabólica 90% Evaporação 16% 
Água livre nos alim. 10% Respiração 54% 
Bebida 0% Urina 25% 
 fezes 5% 
 
A perda de água através da pele, por evaporação, é reduzida mas chega a 
16% enquanto que mais da metade da perda total ocorre através do trato respiratório. 
As glândulas sudoríparas estão ausentes da superfície do corpo dos roedores, sendo 
encontradas apenas em determinadas áreas, como nas partes sem pêlo das patas. O 
 31
estudo da perda de água através da respiração levou Schimidt-Nielsen a descrever 
um fenômeno interessante que ocorre em outros animais. 
A Tab. 4 mostra as diferentes formas de indicar a quantidade de água, na 
forma de vapor, presente no ar em diferentes temperaturas. 
 Vapor de água 
Temperatura 
(°C) mmHg kPa % de 1 atm mg H2O/L ar 
0 4,6 0,61 0,6 4,8 
10 9,2 1,23 1,2 9,4 
20 17,5 2,34 2,3 17,3 
30 31,7 4,24 4,2 30,3 
40 55,1 7,38 7,3 51,1 
50 92,3 12,33 12,2 83,2 
100 760 101,33 100 598 
37 46,9 6,28 6,2 43,9 
 
Como se vê nesta Tabela o ar saturado na tempertura do corpo (37 °C) contém 
cerca de 2,5 vezes mais água na forma de vapor do que o ar saturado na tempertura 
ambiente (20 °C), isto é, 43,9 e 17,3 mg/L, respectivamente. Assim, se o ar exalado 
for resfriado a perda de água por esta via seria menor. De fato a temperatura do 
epitélio nasal é mais baixa do que de outras regiões do corpo e, portanto, há 
economia de água. Este mecanismo, encontrado em outros mamíferos e em aves, é 
denominado de mecanismo de contra-corrente nasal. No homem a temperatura do ar 
exalado está próxima daquela do corpo. Logo, não há economia de água. 
A Fig. 3 mostra a quantidade de água recuperada de água em duas condições: 
a 15 °C e 25 % de umidade relativa do ar (u.r.) e a 30 °C e 25 % 
 
 
 
 
 
 32
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A perda de água pelas fezes é minimizada graças à reabsorção retal de água e 
a eliminação de fezes desidratadas. 
Desde que a regulação de água está intimamente associada à tempertura, 
certos hábitos encontrados em animais que vivem em regiões desérticas, como o rato 
canguru, estão associados a este fenômeno. Os seguintes hábitos são encontrados 
neste animal: hábitos noturnos – durante o dia permanecem em galerias onde a 
temperatura é relativamente mais baixa; redução das atividades – uma vez que a 
produção de calor é inevitável sempre que há contração muscular, o animal mantém-
se em atividades reduzidas durante o dia. 
A Fig. 4 resume as estratégias utilizadas pelo rato canguru para sobreviver num 
ambiente de grande restrição hídrica. 
 
 
 
 
 33
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Produção de urina concentrada 
 
Esta talvez seja a mais importante adaptação fisiológica do rato canguru. A 
concentração osmótica da urina deste animal é superior a 6000 mOsm/kg H2O. É um 
valor elevado, embora valores superiores a 9000 mOsm/kg H2O possam ser 
considerados em outros roedores de regiões desérticas. (Lembre-se que a 
concentração osmótica da urina humana varia de cerca de 60 a 1200 mOsm/kg H2O). 
Rim capaz de produzir urina mais concentrada que o plasma só é encontrada em 
mamíferos e aves. 
O “truque simples”, como diz Schimidt-Nielsen, para a produção de urina 
concentrada reside num fenômeno conhecido com “efeito multiplicador de 
contracorrente”. Esquemas deste fenômeno são encontrados em praticamente todos 
os livros de fisiologia. No entanto, valeria a pena ressaltar que os elementos 
essenciais deste mecanismos são: (1) alça de Henle longa; (2) fluxo em sentido 
contrário nos dois ramos da alça; (3) transporte ativo; (4) um ramo que reabsorve 
ativamente soluto deve ser impermeável à água. 
 34
Discussão 
 
1. Que relação há entre umidade relativa do ar e o balanço hídrico do rato canguru? 
2. Que relação há entre a temperatura ambiente, balanço hídrico e temperatura 
corporal? 
3. Em que o mecanismo de contra-corrente nasal difere do mecanismo multiplicador 
de contra-corrente encontrado no rim? 
4. Em que se assemelha a coriza observada no ser humano nos dias frios com 
aquele observado nos animais com focinho frio? 
5. Aves e mamíferos são capazes de produzir urina concentrada. Por que? 
 
Referências Bibliográficas: 
 
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Biochem. Physiol., 101(A): 109-112. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 35
PEIXES COMO MODELO BIOLÓGICO PARA PESQUISAS EM FISIOLOGIA 
COMPARATIVA 
 
Renato Massaaki Honji 
 
A Terra possui em torno de 510x106 Km2 de superfície terrestre, dos quais 
310x106 Km2 são cobertos pelos oceanos, além disso, uma pequena fração dessa 
superfície (se comparado com os oceanos) é coberta por rios, lagos, calota e gelo 
polar. Com base nesses dados, aproximadamente 71% da superfície da Terra são 
cobertos por água e, neste sentido, o ambiente aquático oferece assim mais espaço 
habitável se comparado com o ambiente terrestre. 
Quando nos referimos aos habitantes encontrados no ambiente aquático, 
lembramos rapidamente dos teleósteos (peixes ósseos), que são o mais numeroso e 
diverso grupo de vertebrados, representando aproximadamente 50% do mesmo. 
Englobam cerca de 28.000 espécies viventes que ocupam ambientes aquáticos os 
mais diversos, ocorrendo desde as altas latitudes até as fossas submarinas dos 
oceanos. Essa diversidade de espécies viventes também apresenta uma grande 
variedade morfológica, fisiológica e adaptações comportamentais dentre outras 
características. Levando em consideração essas informações sobre o ambiente 
aquático e a diversidade de peixes, enfocamos o nosso estudo na fisiologia da 
respiração e reprodução dos peixes ao longo da evolução nesses animais; além de 
analisar as interações e adaptações fisiológicas apresentadas pelos teleósteos nos 
vários ambientes aquáticos. 
Em relação à fisiologia respiratória em peixes podemos encontrar os seguintes 
tipos de respiração: respiração branquial, respiração aérea (facultativa e obrigatória) e 
respiração pulmonar. A maioria das espécies de peixes apresenta respiração 
branquial. As brânquias são geralmente ventiladas com um fluxo unidirecional de 
água, no qual a simples abertura da boca e do opérculo, adicionado ao deslocamento 
do animal na água, faz com que haja um fluxo em uma única direção (peixes 
migradores como os atuns e albacora), a grande parte dos peixes apresenta 
musculatura esquelética na cavidade bucal e opercular, que mantém o bombeamento 
 36
ativo da água nas brânquias, mantendo assim um suplemento regular de O2. As 
brânquias dos peixes consistem geralmente de quatro arcos branquiais e desses 
arcos estendem-se duas fileiras de filamento branquiais, dos quais, cada filamento 
possui várias lamelas que são estruturas achatadas e densamente enfileiradas onde 
ocorrem as trocas gasosas. Conforme a água flui entre essas lamelas em uma direçãoo fluxo sanguíneo flui em direção oposta, esse tipo de fluxo é denominado 
contracorrente. Desta forma, quando o sangue está saindo das lamelas, o mesmo 
encontra a água cujo oxigênio ainda não foi removido e conforme a água passa entre 
as lamelas, ela encontra o sangue com uma pressão de oxigênio sempre abaixo e, 
portanto continua liberando mais oxigênio, desta maneira depois de passar pelas 
brânquias, a água pode ter perdido mais ou menos 80 a 90% de seu conteúdo de 
oxigênio. 
Além das brânquias, muitas espécies de peixes apresentam estruturas capazes 
de realizarem trocas gasosas como, por exemplo: vesícula gasosa, intestino, 
estômago, esôfago entre outras estruturas, esses animais são chamados de peixes 
com respiração aérea. A maioria das espécies de peixes com respiração aérea 
habitam ambientes aquáticos no qual em algum período do dia ou estação, a 
concentração de oxigênio é muito baixa ou em ambientes hipóxicos, ou seja, são 
locais no qual o nível de oxigênio é reduzido. Esses peixes responderão à diminuição 
da concentração de oxigênio na água, nadando até a superfície para sorver uma 
bolha de ar pela boca, o que resulta num melhoramento no suprimento de oxigênio. A 
respiração aérea pode ser facultativa ou obrigatória, ou seja, se o ambiente não 
estiver hipóxico, o animal consegue retirar da água toda quantidade de oxigênio 
necessária para a sua manutenção, apenas bombeando a água através das 
brânquias. Quando o ambiente estiver hipóxico, essas espécies retiram uma parte do 
oxigênio necessário para a sua manutenção da atmosfera (respiração aérea 
facultativa). Os rios da Amazônia são bons exemplos de ambiente aquático, no qual 
se observa uma variação de concentração de oxigênio durante a estação de seca. 
Muitos Siluriformes apresenta esse tipo de respiração aérea facultativa. Os peixes 
com respiração aérea obrigatória são aquelas espécies que necessitam subir até a 
superfície para respirar ar atmosférico, no qual sorvem uma bolha de ar e o oxigênio é 
 37
absorvido através daquelas estruturas relacionadas acima. Quem disse que peixe não 
morre afogado!!! Neste caso se o peixe com respiração aérea obrigatória for impedido 
de subir até a superfície, ele morre afogado sim. 
Existem apenas três espécies de peixes com respiração pulmonar, uma 
espécie australiana (Neoceratodus), outra espécie africana (Protopterus) e uma sul-
americana (Lepidosiren). Protopterus e Lepidosiren vivem em águas paradas e em 
lagos, onde a falta de chuvas pode ocasionar o ressecamento total do seu habitat. 
Essas espécies estivam até a próxima estação chuvosa, onde elas saem dos seus 
casulos que estavam enterrados na lama. A espécie australiana habita rios e corpos 
de água lênticos, no qual, também estivam em períodos de seca. 
A reprodução em peixes, apesar de ser desencadeada por fatores ambientais 
(temperatura, fotofase entre outros), é controlada endogenamente por um sistema 
endócrino, principalmente pelo eixo hipotálamo-hipófise-gônadas, que sintetiza e 
secreta gonadotropinas, esteróides gonadais e hormônios moduladores do processo 
reprodutivo. De uma forma geral, o controle fisiológico da reprodução em peixes pode 
ser resumido da forma descrita a seguir. A partir do momento em que a idade e o 
peso mínimo são atingidos para o início da reprodução, alterações ambientais como o 
fotofase, temperatura e, possivelmente as chuvas, são captadas através dos olhos, 
pineal, narinas e receptores cutâneos, que as convertem em sinais eletroquímicos, 
que são transmitidos via neurônios sensoriais até o hipotálamo. Os fatores ambientais 
citados estimulam o hipotálamo a sintetizar e secretar o hormônio liberador de 
gonadotropinas (GnRH), que estimula as células gonadotrópicas na hipófise a 
sintetizar e secretar a gonadotropina I (GtH I), que via corrente sangüínea chega às 
camadas foliculares dos oócitos em desenvolvimento e, na camada teca, converte o 
colesterol em testosterona. Esta é transportada à camada granulosa, onde é 
aromatizada a 17α-estradiol pela enzima aromatase, também sob influência da GtH I. 
O 17α-estradiol age no fígado, estimulando a síntese da fosfolipoproteína 
(vitelogenina) que, também via corrente sangüínea, é “seqüestrada” pelo oócito por 
micropinocitose, promovendo o crescimento do oócito e incorporação de vitelo. Assim, 
na fase de vitelogênese, ocorre um aumento nos níveis plasmáticos de 17α-estradiol e 
testosterona e esse aumento inibe a síntese de GtH I (feed back negativo) e 
 38
juntamente com a ação do GnRH estimulam a secreção da gonadotropina II (GtH II) 
nas fases finais dessa vitelogênese. A GtH II estimula a camada teca do folículo a 
produzir 17α-hidroxiprogesterona, que é transportada à camada granulosa e 
convertida a 17,20β-dihidroxy-4-pregnen-3-one ou 17,20β-21-trihidroxy-4-pregnen-3-
one pela enzima 20α-hidroxiesteróide-desidrogenase, dependendo da espécie 
considerada. O hormônio 17α-20β-dihidroxy-4-pregnen-3-one é conhecido como o 
hormônio indutor da maturação final e da ovulação (MIS) na maioria dos peixes. 
Os rios do Brasil atualmente sofrem com problemas de poluição e a construção 
de barragens (reservatórios) que afeta toda a comunidade íctica do local. Todo este 
controle endócrino da reprodução deve ser alterado de alguma forma, quando 
espécies migradoras (reofílicas) são impedidas de migrar, devido à presença de 
obstáculos artificiais, como as barragens que, diminui ou até mesmo impede a 
migração e conseqüentemente a reprodução. O mesmo bloqueio parece ocorrer 
quando essas espécies migradoras são transferidas para o cativeiro, em operações 
de cultivo comercial. Neste caso, intervenções hormonais exógenas em determinados 
níveis do eixo hipotálamo-hipófise-gônadas são necessárias para dar continuidade ao 
processo de maturação gonadal. Variações nesse controle endócrino da reprodução 
são observadas nos teleósteos em várias situações diferentes que, será discutida 
durante a apresentação. 
Os ajustes fisiológicos apresentados por esses animais, evidenciando a 
integração dos sistemas reprodutivos e respiratórios com o ambiente aquático 
também serão discutidos. Desta maneira será demonstrada a importância de estudos 
fisiológicos utilizando modelos biológicos como os peixes, que são recursos 
alimentares de extrema importância para os seres humanos; além da importância 
ecológica para o ambiente aquático. 
 
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 40
HOMEOSTASE DO CÁLCIO DURANTE O CICLO DA MUDA EM CRUSTÁCEOS