FISIOLOGIA E RITMOS BIOLÓGICOS

Prévia do material em texto

Comissão Organizadora 
Adriessa Aparecida dos Santos 
Aline Vilar Machado Nils 
Carla Bonetti Madelaire 
Danilo Eugênio de França Laurindo Flôres 
Elisa Mari Akagi Jordão 
Fábio Moraes Gois 
Marcelo Arruda Fiuza de Toledo 
 
Coordenação 
Prof. Dr. Fernando Ribeiro Gomes 
 
 
Realização 
 
 
 
 
 
Patrocínio e apoio 
 
 
 
 
 
 
 
Programa de 
Pós-Graduação em 
Fisiologia Geral 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
Apresentação .................................................................................................... 1 
Regulamento ..................................................................................................... 2 
Programação ..................................................................................................... 5 
 
Módulos - Resumos das aulas ........................................................................ 6 
 
Fisiologia e ritmos biológicos 
Fundamentos da Cronobiologia .............................................................. 8 
Relógio biológico .................................................................................... 9 
Melatonina - múltiplas ações da molécula do escuro ............................ 10 
Ritmo no Sistema Imunológico ............................................................. 11 
O Eixo Imune Pineal ............................................................................. 12 
Melatonina, sua diversidade fisiológica e potencial terapêutico ............ 13 
Referências bibliográficas ..................................................................... 14 
 
A célula em cultura como modelo de estudos de relógios periféricos 
Comunicação celular: entendendo a ritmicidade endógena .................. 16 
Fotorrecepção ...................................................................................... 18 
Desvendando os ritmos biológicos ....................................................... 20 
Relógios periféricos .............................................................................. 22 
O Sistema circadiano e os sinais de temporização ambientais: Uma 
perspectiva comparativa ....................................................................... 24 
Referências bibliográficas ..................................................................... 27 
 
Fisiologia: animais e ambiente 
A importância da plasticidade fenotípica no ajuste a variações 
ambientais previsíveis e imprevisíveis .................................................. 30 
Dinâmica parasita-hospedeiro: Aspectos sazonais, reprodutivos e 
evolutivos ............................................................................................. 32 
 
 
Desafios ambientais na transferência de nutrientes ao longo da cadeia 
trófica: efeitos na fisiologia dos animais ................................................ 34 
Referências bibliográficas ..................................................................... 36 
 
Reostase 
Paradigmas Fisiológicos: o exemplo da Reostase ................................ 38 
Reostase programada .......................................................................... 40 
Reostase reativa ................................................................................... 42 
Referências bibliográficas ..................................................................... 44 
 
Neurociência cognitiva 
Neurofisiologia básica ........................................................................... 46 
Comunicação celular e padrões de conectividade ................................ 48 
Memória e aprendizagem ..................................................................... 49 
Atenção ................................................................................................ 51 
Percepção ............................................................................................ 52 
Ação ..................................................................................................... 53 
Decisão ................................................................................................ 54 
Neurobiologia das emoções ................................................................. 55 
Emoções e a tomada de decisão .......................................................... 57 
Neurogênese ........................................................................................ 59 
Enriquecimento ambiental e neuroplasticidade ..................................... 60 
Neurobiologia do envelhecimento ......................................................... 62 
Aula prática - O mundo real é aquele percebemos? ............................ 64 
 
1 
 
APRESENTAÇÃO 
 
O Curso de Inverno: Tópicos em Fisiologia Comparativa é uma iniciativa dos alunos da pós-
graduação do Departamento de Fisiologia Geral do Instituto de Biociências da Universidade de São 
Paulo. O curso é voltado para alunos de graduação e recém-graduados originários das diversas áreas do 
conhecimento que tenham interesse em Ciências Fisiológicas, mais especificamente em Fisiologia 
Comparativa. Seu principal objetivo é promover discussões de tópicos atuais que nem sempre são 
ministrados nos cursos regulares de graduação. 
 
Tradicionalmente o curso é dividido em aulas teóricas e práticas que são ministradas pelos pós-
graduandos do Departamento de Fisiologia nas duas primeiras semanas do curso (2 a 13 de julho). Na 
tentativa de sempre melhorar a qualidade das aulas e a comunicação dos pós-graduandos, a edição do 
Curso de Inverno: Tópicos em Fisiologia Comparativa de 2012 está organizada em cinco módulos. Nesta 
apostila tem-se um resumo de cada uma das aulas que serão ministradas. 
 
 
Ao fim das duas primeiras semanas de curso, os módulos servirão como temas-base para os 
estágios que serão realizados durante a terceira semana de curso (16 a 20 de julho). O estagiário deverá 
envolver-se nas atividades do laboratório escolhido e receber suporte científico e técnico adequado sobre 
a linha de pesquisa do mesmo. Além disso, o aluno participará de um projeto a ser desenvolvido durante a 
semana do estágio. Para tal, vai aprender noções de como elaborar, executar e analisar um projeto de 
pesquisa. Os resultados obtidos serão apresentados pelos estagiários em apresentação oral no último dia 
do curso. 
 
 
Comissão Organizadora 
IX Curso de Inverno: Tópicos em Fisiologia Comparativa 
Universidade de São Paulo 
2 a 20 de Julho de 2012 
 
 
2 
 
REGULAMENTO 
 
ALUNOS REGULARES 
 
IX Curso de Inverno – Tópicos em Fisiologia Comparativa 
O curso terá um período de três semanas e será dividido em aulas teóricas e desenvolvimento de 
estágio. As aulas teóricas e práticas serão realizadas entre os dias 2 e 13 de julho e o estágio entre os dias 
16 e 20 de julho. Durante o estágio, os participantes desenvolverão um projeto de pesquisa em um dos 
laboratórios do Departamento, sendo os resultados apresentados no dia 20 de julho. Todas as atividades 
do curso serão realizadas de segunda a sexta-feira, das 9h às 18h. 
 
Apresentação do Departamento e das Linhas de Pesquisa dos Laboratórios 
Para que os alunos tomem conhecimento das linhas de pesquisas e dos trabalhos desenvolvidos 
no Departamento, no primeiro dia do curso haverá uma série de apresentações realizadas pelos 
professores responsáveis pelos diferentes laboratórios do departamento e, no segundo dia haverá uma 
sessão de pôsteres sobre os projetos em andamento dos alunos do departamento. 
 
Aulas teóricas e práticas 
As aulas teóricas e práticas estão organizadas em módulos. Cada módulo será constituído por uma 
aula inaugural, com abordagemampla e os principais pré-requisitos dos conteúdos das demais aulas do 
módulo. Na sequência serão apresentadas aulas com temas mais específicos dentro do eixo-temático do 
módulo. Ao final do módulo haverá avaliação que abordará os conceitos tratados. Essa prova poderá ser 
individual ou em grupo e poderá ser constituída de questões de múltipla escolha ou dissertativa ou então 
um exercício teórico-prático. 
 
 
3 
 
Estágio 
Durante a realização do projeto de pesquisa, o aluno deverá se envolver nas atividades do 
laboratório e receber suporte científico e técnico do aluno-orientador. O projeto deverá obrigatoriamente 
consistir de atividades de elaboração, execução, análise e apresentação. 
 
Definição dos projetos de pesquisa e orientadores 
Cada aluno deverá elaborar no mínimo três projetos de pesquisa em laboratórios diferentes. O 
projeto deverá conter hipótese, justificativa e metodologia, descritos em até 1000 caracteres. Os projetos 
devem ser ordenados de acordo com a preferência do aluno. Os formulários com a descrição dos projetos 
devem ser entregues à Comissão Organizadora na sexta-feira dia 13/7 até as 17 horas. 
A definição dos projetos e orientadores atenderá às preferências dos alunos, mas poderão ocorrer 
casos em que isso não será possível. Sendo assim, serão respeitadas as limitações dos orientadores e seus 
respectivos laboratórios. Para os casos onde haja um número maior de interessados do que de vagas, os 
seguintes critérios de desempate serão aplicados: 
1) Interesse em primeira opção; 
2) Menor número de faltas nas aulas; 
3) Maior média de notas de provas. 
A busca pelos estágios e a formulação das suas propostas de projeto deverão ser feitas 
exclusivamente no dia 13/07. Uma vez que os orientadores dos estágios estão proibidos de dar 
informações durante o período das aulas teórico-práticas. 
 
Avaliação do projeto 
Desenvolvimento do projeto: o orientador atribuirá uma nota ao aluno de acordo com o seu 
aproveitamento. 
Apresentação: o projeto deverá obrigatoriamente ser apresentado oralmente com slides do 
PowerPoint na sexta-feira dia 20/7 a partir das 9h. A apresentação deverá conter contextualização do 
problema, justificativa, objetivos, métodos, resultados e discussão. A duração máxima será de 10 minutos. 
4 
 
Avaliação: Uma comissão avaliadora julgará os trabalhos e questionará os alunos sobre o 
aprendizado adquirido ao longo do estágio. 
 
Notas e frequência 
Será considerado aprovado o aluno com presença de pelo menos 75% e que obtiver 
aproveitamento igual ou maior que 7,0 (sete). 
O aproveitamento é dado pela: 
(1) média das notas dos módulos teóricos – 50% 
(2) nota do orientador – 25% 
(3) nota da comissão avaliadora das apresentações dos estágios – 25% 
 
REGULAMENTO ALUNOS ESPECIAIS 
Todas as normas referentes aos Alunos Regulares se aplicam aos Alunos Especiais, exceto pela 
realização do estágio e respectiva nota que não haverá. Sendo assim, o aproveitamento dos Alunos 
Especiais se dará somente através das notas das provas e da frequência nos módulos teóricos. Sendo 
considerado aprovado o aluno com presença de pelo menos 75% e que obtiver aproveitamento igual ou 
maior que 7,0 (sete). 
 
 
 
 
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MÓDULOS 
Resumos das aulas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FISIOLOGIA E RITMOS 
BIOLÓGICOS
8 
Fundamentos da Cronobiologia 
 
Luis Henrique Teodoro 
lhteodoro@gmail.com 
 
Para investigações de caráter cronobiológico é essencial conhecer os diferentes significados que o 
tempo pode assumir. 
Nas línguas de origem latina o vocábulo tempo pode ser empregado em dois contextos diferentes, 
de tal modo que tempo pode funcionar como um sinônimo de clima, mas também remete a assunção 
física, que aponta o tempo como uma das sete grandezas físicas elementares, passível de ser quantificado 
e que independe de outras grandezas para a sua definição. 
Em línguas de origem germânica, como o inglês e o alemão, no entanto, há, respectivamente, os 
vocábulos weather e wetter para designar clima, enquanto time e zeit designam a grandeza elementar 
tempo. 
Essa grandezaelementar, segundo Refinetti (2006), pode ser definida como um contínuo não-
espacial no qual ocorrem eventos e/ou fenômenos sucessivos. A ocorrência repetida e periódica de um 
evento e/ou fenômeno define o conceito de ritmo (Koukkari e Sothern, 2006). 
Existem diversos padrões rítmicos ambientais e é a capacidade de percepção de ocorrências 
rítmicas que concebe aos organismos vivos a noção de tempo (Markus e col., 2003). 
Ritmos são observados em diversos organismos em todos os três domínios – Bacteria, Archea e 
Eukarya –, demonstrando sua prevalência, e se relacionam diretamente com os ritmos ambientais 
(Refinetti, 2006). Isto é, a fim de assegurar sua homeostasia, organismos desenvolveram a capacidade de 
se antecipar às variações rítmicas ambientais, o que lhes configura uma relevante vantagem adaptativa 
que foi mantida ao longo da evolução (Bell-Pedersen e col., 2005; Smolensky e Peppas, 2007, Lemmer, 
2009; Ohdo, 2010). 
A cronobiologia, portanto, tem como objetivo avaliar a capacidade e o tipo de resposta de um 
organismo ante as variações rítmicas ambientais e a influência de ritmos ambientais em relação aos ritmos 
biológicos, ou seja, o objeto de estudo da cronobiologia é a organização temporal de um organismo 
(Menna-Barreto, 2003). 
 
 9 
Relógio biológico 
Por que teriam surgido na história da vida, estruturas capazes de 
atuar como verdadeiros relógios biológicos? 
 
Leila Lima 
 leila.lima@usp.br 
Natali Nadia Guerrero 
natalinadi@yahoo.com.mx 
 
Acredita-se que os relógios biológicos tenham surgido em resposta às pressões seletivas impostas 
pelas variações cíclicas ambientais. Desde então, essas estruturas regulam uma grande variedade de 
processos fisiológicos e comportamentais em diversas formas de vida, dos organismos unicelulares aos 
pluricelulares. Acredita-se que a vantagem evolutiva desses organismos consista na capacidade de 
antecipação aos eventos periódicos do meio ambiente, principalmente mudanças de luz, de temperatura e 
umidade, o que confere maior probabilidade de sobrevivência de qualquer espécie. 
O termo “relógio biológico” é uma analogia para se referir, em conjunto, a mecanismos 
endógenos capazes de gerar respostas fisiológicas e comportamentais rítmicas. Estes ritmos biológicos 
são gerados independentemente das pistas ambientais externas, já que esses mecanismos são bastante 
conservados evolutivamente. As estruturas responsáveis por gerar a ritmicidade destas respostas são 
denominadas “osciladores”. 
Nos mamíferos, o oscilador central são os Núcleos Supraquiasmáticos (NSQ), composto por 
dois pequenos grupos de neurônios localizados na parte ventral do hipotálamo. A capacidade oscilatória 
do NSQ é decorrente da expressão rítmica de certas proteínas ao longo do dia. Por este motivo, os genes 
codificantes dessas proteínas são designados “genes do relógio” (clock genes), os quais constituem a base 
molecular do sistema oscilatório interno. Dentre os genes do relógio conhecidos atualmente, os mais bem 
estudados em mamíferos são: per (period) 1,2 e 3, bmal 1, clk (clock), e cry 1 e 2 (cryptochromes), sendo 
que, suas respectivas proteínas (PER1, PER2, PER3, BMAL, CLOCK, CRY1 e CRY2) atuam como 
fatores de transcrição. Na realidade, todas as células nucleadas do corpo apresentam os genes do relógio, 
e por isso, diversos órgãos podem atuar como osciladores circadianos periféricos. Estes órgãos possuem 
uma via aferente proveniente do NSQ, e, portanto, são passíveis de serem sincronizados por este oscilador 
central. Dessa maneira, a sincronia interna desde o nível molecular até o sistêmico permite que os 
processos fisiológicos e comportamentais sejam coordenados temporalmente de forma que o organismo 
seja capaz de prever e antecipar as variações cíclicas ambientais. 
 10 
 
Melatonina - múltiplas ações da molécula do escuro 
 
Cláudia Emanuele Carvalho de Sousa 
claudiaemanuelle@bol.com.br 
 
A melatonina é uma molécula altamente versátil e ubíqua na natureza, conservada ao longo da 
evolução assume diferentes ações e papéis em organismos e estruturas distintas. Muito do que se conhece 
sobre esta molécula está associada à sua produção, primeiramente identificada na glândula pineal de 
mamíferos e por muitos anos considerada uma molécula exclusiva de vertebrados. Em sua descoberta foi 
descrita sua habilidade em promover a agregação de melanóforos na pele de anfíbios, o que levou a 
denominação do seu nome. Anos mais tarde foi elucidado que a produção de melatonina ocorre de 
maneira rítmica na glândula pineal e é controlada pelo ciclo de iluminação ambiental. Independente da 
espécie analisada a produção de melatonina ocorre exclusivamente na ausência de luz por isso é 
conhecida a molécula marcadora do escuro. Portanto, as flutuações diárias da melatonina circulante 
informa ao organismo se é dia ou noite no meio externo como também a duração da noite permitindo 
assim a regulação dos ritmos diários como da resposta fotoperiódica. Este conceito será apresentado nesta 
aula, enfatizando o mecanismo de controle da produção de melatonina e como os diversos ritmos são 
sincronizados por este hormônio. Outro aspecto a ser destacado será a análise comparativa da morfologia 
e anatomia da pineal ao longo da escala zoológica, e como a variação entre os grupos está relacionada 
com a síntese de melatonina. Por outro lado, discutiremos também a grande ubiqüidade e a diversidade de 
ações desta molécula nos grupos de seres vivos. A melatonina é produzida por outras estruturas além da 
pineal e pode ocorrer de forma independente da função cronobiótica. Em organismos mais primitivos a 
principal função desta molécula e a mais conservada ao longo da escala filogenética é sua ação 
antioxidante e bloqueadora de processos enzimáticos relacionados com o estresse oxidativo. Em 
vertebrados, a melatonina acumula funções de defesa com função cronobiótica. Ao final da aula 
tentaremos entender a característica evolutiva da melatonina, as possíveis causas de ter sido conservada e 
por isso tão presente na natureza e de estar relacionada ao desenvolvimento de novos órgãos e estruturas 
envolvidas em sua síntese, em vertebrados é intimamente relacionada com a glândula pineal exercendo a 
importante função de marcadora do tempo. 
 
 11 
Ritmo no Sistema Imunológico 
 
Sandra M Muxel 
sandrammuxel@gmail.com 
 
Nesta aula iremos abordar a relação entre o ritmo circadiano determinado pela expressão dos 
genes do relógio e sua influência sobre os componentes do sistema imunológico e qual a importância da 
influência dos ritmos sobre a capacidade do homem para responder às infecções ou serem mais 
suscetíveis ao desenvolvimento de algumas doenças. Muitos estudos na área da neuroimunologia indicam 
que o sistema imunológico é susceptível a modificações causadas por vários hormônios, em decorrência 
de mudanças neuroendócrinas provocadas através da estimulação mediada pela luz com comprimento de 
onda visível que gera um sinal hormonal. 
O ritmo de luz e a progressão de dia-noite durante o período de 24 horas de rotação da terra pode 
influenciar profundamente a função do sistema imunológico nos homens e em outros organismos. Muitos 
estudos têm demonstrado que muitas funções e parâmetros do sistema imunológico sofrem variações 
dependendo da hora do dia, como a apresentação antigênica, proliferação de linfócitos e expressão de 
genes da citocinas e seus receptores e seus níveis no sangue, ativação de células NK, resposta imune 
humoral (anticorpos), número de células do sistema imune circulantes no sangue e seus subtipos, nível de 
cortisol no sangue, entre outros. Os ritmos sistêmicos comandados pelos hormônios glicocorticóides, 
melatonina e adrenérgicos/noradrenérgicospossuem um papel importante na sincronização da resposta 
imunológica em organismos saudáveis. No entanto, os genes do relógio circadianos também são 
ritmicamente expressos nos órgãos linfóides secundários de modelos murinos, como o baço e linfonodos, 
e também são expressos em macrófagos peritoneais, sendo capazes de regular a secreção das citocinas IL-
6 e TNF-α nestas células. As condições de luz, estado nutricional, privação do sono, horário de maior 
atividade dos indivíduos, pode determinar a variação de susceptibilidade a infecções e doenças como o 
câncer, a progressão de doenças como a artrite reumatóide ou asma, parâmetros para o diagnóstico clínico 
das doenças, bem como a melhor maneira de aplicar a terapia farmacológica, integrando o sistema 
circadiano e o sistema imunológico. 
 
 12 
 
O Eixo Imune Pineal 
 
Adriessa Santos 
adriessasantos@yahoo.com.br 
 
Em vertebrados, a glândula pineal atua como mediadora da sincronização interna ao ciclo 
claro/escuro. Sua atividade é modulada pelos núcleos supraquiasmáticos, ou seja, o relógio biológico 
central, através da via do trato retino-hipotalâmico. A marcação do escuro ocorre através da transdução do 
fotoperíodo ambiental em sinalização endócrina, através da síntese e liberação de melatonina, indolamina 
produzida por esta glândula. 
Embora tenha seu papel bem conhecido como a molécula marcadora do escuro, atualmente sabe-
se que a melatonina também possui outras funções e pode ser produzida por outras células e tecidos. São 
cada vez mais frequentes os trabalhos que associam o papel da melatonina a ações como: antioxidantes, 
oncostáticos, modulação da sobrevivência celular e do processo inflamatório. Além disso, estruturas 
como, retina, trato gastrointestinal, medula óssea e células imunocompetentes também já tem seu papel 
associado como produtoras deste hormônio. 
Recentemente foi demonstrado que mediadores da inflamação podem modular a síntese de 
melatonina pela glândula pineal, cujo papel, neste caso, está diretamente relacionado à montagem da 
resposta inflamatória. Acredita-se que exista uma comunicação recíproca entre o sistema imunológico e 
organização temporal interna e que o aumento das concentrações da citocina pró-inflamatória, TNF na 
fase inicial de uma injúria leva a uma inibição da produção de melatonina pela glândula pineal. Este é um 
fator interessante, já que estudos in vitro demonstraram que na microcirculação a melatonina, em 
concentrações compatíveis àquelas encontradas no pico noturno, impede o rolamento e adesão de 
neutrófilos para os tecidos dificultando uma montagem eficiente da resposta. Além disso, estudos indicam 
que, uma vez que a síntese de melatonina pela glândula pineal seja interrompida, a produção desse 
hormônio passa a ser realizada no local da injúria por células imunocompetentes, exercendo ação 
parácrina. O retorno às condições de higidez ou uma compensação entre mediadores pró e anti-
inflamatórios, restauram a produção noturna de melatonina pela glândula pineal. Esta interação entre o 
sistema imunológico e a organização temporal interna é uma descoberta recente a qual foi proposto o 
Eixo Imune-Pineal. 
 
 13 
Melatonina, sua diversidade fisiológica e potencial terapêutico 
 
Eliana Paula Pereira 
elianappereira@yahoo.com.br 
 
Em 1989 Ebadi e colegas postularam que “a pesquisa e a descoberta de como a melatonina, com 
seus aparentes onipotentes efeitos, traz à tona uma enorme gama de funções, que podem gerar 
perspectivas que vão proporcionar novas vias de tratamento de inúmeras doenças substituindo assim 
antigos métodos terapêuticos que mantém a vida, mas diminuem sua qualidade.” Evidências provenientes 
de estudos atestam que esta reflexão vem se concretizando. A melatonina é a expressão química da noite ( 
escuro), uma vez que este estimula a sua síntese e liberação pela glândula pineal. Porém, a atividade 
desta indolamina não se limita a um simples índice do tempo, apresentando efeitos citoprotetor, 
antioxidante e anti-inflamatório. Ela controla mecanismos de uma grande variedade de atividades 
fisiológicas, estando presente em vários fluídos (saliva, urina, líquor, sêmen, líquido amniótico e leite 
materno), órgãos, tecidos e compartimentos celulares além de possuir também a capacidade de atravessar 
todas as barreiras morfofisiológicas. Devido às características anteriormente descritas, ela tem sido 
considerada uma excelente candidata no uso terapêutico em diversas patologias ou como adjuvantes de 
tratamentos, tais como doenças neurodegenerativas e cardíacas, em diabetes tipo 2, em distúrbios do 
sono, em degenerações relacionadas ao envelhecimento, alem do câncer de mama e melanoma. Em 
resumo, nesta aula abordaremos diferentes atividades da melatonina as quais a tornam um agente 
multifuncional de grande importância. A melatonina é uma molécula com um passado recente intenso, 
um presente significante e um futuro promissor. Acreditem!!! 
 
 14 
 
Referências bibliográficas 
 
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A CÉLULA EM CULTURA COMO 
MODELO DE ESTUDOS DE 
RELÓGIOS PERIFÉRICOS
 16 
 
Comunicação celular: entendendo a ritmicidade endógena 
 
Maria Nathália de Carvalho Magalhães Moraes 
Laboratório de Fisiologia Comparativa da Pigmentação 
nathalia.moraes@usp.br 
 
O grande passo evolutivo obtido com a passagem da unicelularidade para a pluricelularidade 
certamente foi a capacidade de comunicação entre as células, por meio da evolução a partir de uma única 
célula, a qual desempenhava todas as funções necessárias para o organismo, para um conjunto de células 
especializadas proporcionando interações entre elas (Ben-Shlomo et al., 2003). Os ancestrais dos 
organismos multicelulares seriam simples agregados de seres unicelulares, que formavam estruturas 
designadas colônias. Inicialmente todas as células da colônia desempenhavam todas as funções. Contudo, 
ao longo do tempo algumas das células da colônia especializaram-se em determinadas funções. A 
diferenciação celular relacionada com a função especifica acentuou-se no decorrer da evolução, 
originando os verdadeiros seres multicelulares. Neste processo foram surgindo diferentes tipos de células, 
que mais tarde originaram tecidos, os quais levaram ao aparecimento de órgãos. A especialização celular 
permitiu uma melhor utilização da energia, levando a uma diminuição da taxa metabólica, além de uma 
maior independência emrelação ao ambiente. Para que as células pudessem sincronizar as tarefas e 
perceber informações do ambiente, foi necessária a especialização de células para percepção do ambiente 
(receptores sensoriais), centros integradores dessas informações (sistema nervoso) e efetuadores de 
ajustes homeostáticos (sistema muscular, endócrino e exócrino) (Isoldi & Castrucci, 2007). 
Para garantir o sucesso e a diversificação da vida, foi necessário o aparecimento de estruturas de 
ligação e principalmente de comunicação entre as diferentes células. Nos organismos multicelulares, a 
manutenção da homeostase é dependente de um processamento continuo de informações através de uma 
complexa rede de células. Além disso, para que o organismo responda a constantes mudanças do 
ambiente, sinais devem ser traduzidos em nível intracelular, ampliados e finalmente convertidos para uma 
resposta fisiológica adequada. Muitos hormônios, neurotransmissores, quimiocinas, mediadores locais e 
estímulos sensoriais exercem seus efeitos sobre as células através de ligação a diferentes classes de 
receptores. 
Esses transdutores altamente especializados são capazes de modular a sinalização de várias vias 
que levam a diversas respostas biológicas (Cabrera-Vera et al., 2003). A maioria das famílias de 
receptores evoluiu com o advento da multicelularidade e com a necessidade de um comportamento 
coordenado do organismo (Ben-Shlomo et al., 2003). 
A comunicação celular pode ser feita por diferentes processos, os mais amplamente usados são 
por meio de substâncias químicas, as quais transmitem as informações célula a célula. As moléculas-alvos 
de substâncias químicas são fundamentalmente de quatro tipos: enzimas, moléculas transportadoras, 
17 
 
canais iônicos e receptores. Os receptores podem ser definidos como elementos proteicos complexos que 
funcionam como sensores no sistema de comunicações químicas, coordenando a função de todas as 
células. Segundo a estrutura molecular e a natureza do mecanismo de transmissão, os receptores são 
agrupados em quatro superfamílias, a saber: (1) superfamília tipo 1 - receptores-canal (ou ionotrópicos): 
receptores de membrana que formam o próprio canal iônico; (2) superfamília tipo 2 - receptores 
acoplados à proteína G (GPCRs ou 7-TM ou metabotrópicos): receptores de membrana acoplados a 
sistemas efetores intracelulares por meio de proteína G; (3) superfamília tipo 3 - receptores quinase: 
receptores de membrana com domínio intracelular de proteína quinase (em geral, tirosina quinase) e, (4) 
superfamília tipo 4 - receptores reguladores da transcrição de genes (ou receptores nucleares ou 
receptores intracelulares): receptores solúveis no citosol ou intracelularmente. 
Nesta aula serão abordados os principais mecanismos envolvidos na comunicação celular com 
ênfase nos receptores envolvidos no processo de ritmicidade endógena. 
 
 18 
 
Fotorrecepção 
 
Rafael Benjamin Araújo Dias 
Laboratório de Fisiologia Comparativa da Pigmentação 
rafadias@ib.usp.br 
 
O surgimento e a evolução da vida na terra foram possíveis graças ao desenvolvimento de 
mecanismos temporais precisos capazes de ajustar os processos fisiológicos que ocorriam no interior do 
organismo com os ciclos ambientais, promovendo assim, ganhos na capacidade adaptativa e 
comportamental desses indivíduos (KLEIN et al., 1991). 
Muito ainda se é questionado com relação às pressões seletivas que conduziram os diferentes 
organismos à necessidade de uma organização temporal. Algumas suposições são levantadas acerca da 
ocorrência de alguns fenômenos abióticos previsíveis como as marés, dias e anos que pudessem então, 
funcionar como ferramentas para demarcar temporalmente os organismos (PITTENGRIGH, 1993). 
Nesse contexto os ciclos de claro e escuro, resultados da rotação da terra em torno do seu próprio 
eixo, surgem como uma das principais pistas ambientais capazes de arrastar ritmos biológicos (DUGUAY 
& CERMAKIAN, 2009). 
O aparecimento da luz como importante forma de ordenação tempo-espacial é refutado pela teoria 
da “Fuga da luz” que defende que a capacidade de perceber a luz estava indiretamente ligada à 
capacidade de perceber altas temperaturas, por sua vez, nocivas para a estabilidade de algumas enzimas e 
determinante para os processos metabólicos. Como as altas temperaturas coincidiam com as fases mais 
claras do dia, “fugir” da luz seria uma forma eficiente de preservação da homeostase (PITTENDRIGH, 
1993). 
Uma ampla gama de fotorreceptores e fotopigmentos evoluiram no sentido de perceber essa 
informação fótica fornecida pelo ambiente (FOSTER et al., 2010). 
Mas, que eventos moleculares são responsáveis por mediar o processamento dessa informação 
fótica com destino à retina? 
As opsinas são os principais fotopigmentos sensores de luz dos fotorreceptores da retina, elas 
contém um cromóforo derivado da vitamina A, conhecido como retinal. (MENON et al., 2001). 
Quando o fóton de luz incide sobre o fotopigmento, o retinal se isomeriza de 11-cis-retinal para 
all- trans-retinal, que inicia uma serie de mudanças conformacionais na molécula de opsina, tornando-a 
ativada. 
A ativação da proteína G leva a uma diminuição da afinidade do GDP pela subunidade α do 
complexo α-GDPβY que é então liberado e trocado por GTP. A ligação do GTP faz com que todo o 
complexo perca a afinidade pela rodopsina, bem como a subunidade α perca a afinidade pelas 
subunidades βY, que por sua vez são instantaneamente liberadas no citoplasma e conduzem a ativação de 
uma enzima que hidroliza GMPc (fosfodiesterase de GMPc), o que leva ao fechamento dos canais de 
19 
 
membrana dependentes de GMPc e uma hiperpolarização a nível de fotorreceptores (HARGRAVE & 
MCDOWELL, 1992). 
É a isomerização do cromóforo na região transmembrânica que direciona a formação do sítio da 
transducina na superfície citoplasmática (PFISTER et al. , 1985). 
 Essa informação é transmitida para as outras células das outras camadas subsequentes que 
formam a retina, como as células bipolares. Estudos de microscopia eletrônica demonstram que os 
dendritos das células bipolares dos bastonetes, penetram nas esferas de bastonetes e sofrem uma 
invaginação em seu interior, no intuito de aumentar a superfície de contato com essas células. Células 
bipolares fazem sinapse com células fotorreceptoras (bastonetes) na camada plexiforme externa e no 
extremo oposto conectam-se com células amácrinas localizadas na camada plexiforme interna 
(WERBLIN & DOWLING, 1969). 
As células amácrinas apresentam um papel fascinante na modulação de informações advindas dos 
fotorreceptores ligando as vias de cones com as vias dos bastonetes (através de junções tipo gap), 
conduzindo-as concomitantemente para um mesmo destino, as células ganglionares (WASSLE et al., 
1995). 
Por último, todavia não menos importante, as células ganglionares representam a porta de saída 
da informação processada na retina. As características morfológicas intrínsecas desse subtipo celular, 
como o extenso diâmetro de seus axônios permitem a passagem da informação elétrica da retina para 
centros corticais. Essa informação é transportada via nervo óptico, formado pela união dos axônios das 
células ganglionares (NELSON, 1993). 
As fibras do nervo óptico são direcionadas ao alvo mais relevante para a percepção visual – o 
núcleo geniculado lateral. Dessa região partem diversas eferências para várias outras áreas que serão 
responsáveis por integrar e interpretar a informação fótica, formando a imagem, propriamente dita 
(COHEN et al., 1994). 
Embora a percepção visual seja o resultado mais intrigante da capacidade que o nosso sistema 
nervoso apresenta de captar e processar a informação luminosa,algumas funções “imperceptíveis” são 
também ativadas pela luz. Uma dessas funções é a ação da luz na sincronização dos ritmos biológicos 
(LENT, 2005). 
Um caminho alternativo que a informação fótica toma ao deixar a retina pelas células 
ganglionares é atingir áreas corticais específicas responsáveis por essa sincronização. De forma 
semelhante ao nervo óptico, as células ganglionares formam um feixe de fibras chamado trato Retino-
hipotalâmico (TRH) que chega até uma região do hipotálamo chamada Nucleo Supraquiasmático (NSQ) 
responsável, nos mamíferos, pela geração dos ritmos circadianos (LENT, 2005). 
A informação fótica no posicionamento tempo-espacial dos organismos é, sem dúvida, o aspecto 
mais apurado e sofisticado das modalidades sensoriais. Um funcionamento orquestrado desses complexos 
sistemas irá garantir aos organismos ganhos adaptativos importantes que vão, em última instância, 
assegurar a sobrevivência das espécies. 
 20 
 
Desvendando os ritmos biológicos 
 
Bruno Cesar Ribeiro Ramos 
Laboratório de Fisiologia Comparativa da Pigmentação 
bcrramos@gmail.com 
 
De bactérias até seres humanos, praticamente todos os organismos são capazes de organizar seus 
processos fisiológicos frente a mudanças cíclicas do ambiente. Tal fato se deve à presença de um 
oscilador interno, popularmente conhecido como relógio biológico, que foi selecionado ao longo de 
milhares de anos, permitindo um aumento da eficiência fisiológica e de sobrevivência, pela organização 
do comportamento e das funções do corpo. 
O primeiro pesquisador a estudar ritmos biológicos cientificamente, foi o astrônomo francês Jean 
Jacques Ortous de Mairan. De Mairan, através de experimentos com uma planta conhecida como mimosa, 
demonstrou pela primeira vez a endogenicidade de um ritmo, ou seja, que ritmos biológicos se mantêm 
mesmo na ausência de estímulos externos. Apesar dessa importante descoberta o estudo dos ritmos 
biológicos só foi reconhecido como uma nova área da ciência em 1960, com a realização do Cold Spring 
Harbor Symposium on Quantitative Biology sobre relógios biológicos. Nessa mesma época a hipótese de 
um “relógio interno” já ganhara força, e em 1967 um pesquisador chamado Curt Richter conseguiu causar 
arritmia em ratos lesando a porção frontal do hipotálamo desses animais. Em 1972 Stephan e Zucker, 
dando continuidade aos trabalhos de Richter de lesões localizadas, chegaram a uma estrutura na porção 
frontal do hipotálamo conhecida como núcleo supraquiasmático (NSQs), a qual foi indicada como 
provável oscilador circadiano de mamíferos. Um estudo em paralelo, conduzido por Robert Moore, além 
de confirmar os NSQs como prováveis osciladores circadianos, evidenciou que o estímulo luminoso 
chega a essa estrutura através de um caminho monossináptico exclusivo, conhecido como trato 
retinohipotalâmico. Mesmo com essas estruturas evidenciadas a prova final de que os NSQs eram, de 
fato, os osciladores centrais de mamíferos só ocorreu em 1990 com experimentos realizados em hamsters 
com a mutação tau. No início dos anos 90, pesquisas realizadas em camundongos com degeneração de 
retina verificaram que esses animais eram capazes de se sincronizarem normalmente aos ciclos de claro e 
escuro. Tal fato levantou uma série de questões a respeito de quais eram os fotorreceptores responsáveis 
pela captação dos estímulos que levariam a sincronização desses animais. A questão só foi resolvida em 
2002 com a descoberta de um novo fotorreceptor na retina de mamíferos, as células ganglionares 
intrinsecamente fotossensíveis (ipRGCs), e com a descoberta de um novo fotopigmento presente nessas 
células, a melanopsina. 
Atualmente muitos estudos têm se focado nas bases moleculares dos ritmos circadianos, e no 
centro desses ritmos são encontrados os genes de relógio. As primeiras evidências de que os ritmos 
circadianos eram codificados no DNA foram observadas em 1971, em Drosophila melanogaster, onde 
21 
 
mutações de um mesmo gene do cromossomo X levavam a arritimicidade e a ritmos mais longos ou 
curtos. O mecanismo molecular desse controle se dá através de uma alça de retroalimentação de produtos 
gênicos cíclicos, que controlam sua própria síntese através da regulação positiva e negativa de genes de 
relógio e proteínas. Hoje se sabe que os genes de relógio são encontrados em praticamente todos os 
organismos e na maioria das células, e sua autorregulação impõe ritmicidade à função de praticamente 
todos os órgãos onde se encontra. Apesar do cenário aparentemente claro do funcionamento das estruturas 
envolvidas nos ritmos biológicos, muitas questões ainda permanecem a respeito das interações entre o 
oscilador central e o restante do organismo assim como o controle desses osciladores através dos genes de 
relógio. Para revisão ler Mark et al, 2007 e Golombek e Rosensten 2010. 
 
 22 
 
Relógios periféricos 
 
Maria Nathália de Carvalho Magalhães Moraes 
Laboratório de Fisiologia Comparativa da Pigmentação 
nathalia.moraes@usp.br 
 
Nos mamíferos, quase todos os aspectos da fisiologia e comportamento estão sob controle do 
sistema circadiano e, portanto exibem oscilações diárias. Relógios circadianos foram identificados em 
uma variedade de tecidos e parecem estar organizados de maneira hierárquica. No topo desta hierarquia 
estão os neurônios do núcleo supraquiasmático (NSQ). Como visto anteriormente, o relógio mestre nos 
NSQs recebe informações fóticas diretas via trato retino-hipotalâmico (Stratmann & Schebler, 2006). 
Durante muito tempo acreditou-se que os NSQs eram os únicos reguladores dos ritmos 
circadianos em mamíferos. Essa conclusão era fundamentada em estudos de lesão e transplante dos 
NSQs, e em demonstrações de que os NSQs geram seus próprios ritmos de potencial de ação (Lowrey & 
Takahashi 2004). O mecanismo responsável pelas oscilações espontâneas de cada neurônio do NSQ 
baseia-se num sistema molecular de retroalimentação de controle de expressão gênica (Reppert & 
Weaver, 2001). Ainda, neurônios dos NSQs quando dissociados e mantidos em cultura, exibem ritmos de 
disparos independentes, e apresentam fases e períodos diferentes entre si (Welsh et al 1995; Liu et al, 
1997; Herzog et al, 1998). 
Após o esclarecimento de que o mecanismo molecular do relógio circadiano de mamíferos 
consiste de um grupo de genes denominados “genes de relógio”, e que estes regulam a ritmicidade 
endógena por meio de alças de retro-alimentação de transcrição gênica, verificou-se que a expressão de 
genes de relógio também ocorre fora dos NSQs, em diversas células e tecidos do organismo. 
Inesperadamente, observou-se que até mesmo células imortalizadas mantidas em cultura apresentam uma 
maquinaria molecular do relógio funcional (Balsalobre et al., 1998). Em organismos intactos, acredita-se 
que os relógios periféricos são sincronizados pelo marcapasso central, residente no NSQ. Além dos sinais 
diretos do NSQ, outros estímulos ambientais como alimentação, comportamento social, temperatura entre 
outros, parecem desempenhar um papel no ajuste dos relógios periféricos. 
Foi demonstrado que os relógios periféricos ocorrem de peixes a mamíferos. A ritmicidade de 
expressão de genes de relógio em tecidos periféricos já foi observada em coração, rim e em linhagens 
celulares embrionárias de Danio rerio (Whitmore et al., 2000; Farhat et al., 2009), e hepatócitos de 
camundongos (Kornman et al., 2007). Estudos da região promotora do gene Per de Drosophila e de 
Danio rerio através de sondas bioluminescentes mostraram que existem osciladores periféricos 
independentes em diferentes tecidos desses organismos (Whitmore et al., 2000). A partir desses estudos, 
diversos outros laboratórios demonstraram a independênciados osciladores periféricos, os quais 
provavelmente devem conter elementos sincronizadores próprios. Com base nestas constatações postulou-
23 
 
se que osciladores periféricos de mamíferos dependem de sinais sincronizadores neurais ou humorais do 
oscilador dos NSQs para manter a homeostase do organismo (Yamazaki et al., 2000), ao contrário do que 
ocorre em tecidos periféricos de Drosophila e Danio, que são fotossensíveis e capazes de se 
sincronizarem até mesmo quando isolados (Whitmore et al., 2000). As primeiras evidências de que os 
relógios periféricos podem ser sincronizados por sinais humorais surgiram junto com a descoberta de que 
culturas de fibroblastos de mamíferos expressam genes de relógio de forma rítmica quando submetidos a 
choque de soro (Balsalobre et al., 1998). 
O estudo e a compreensão dos relógios periféricos vêm se tornando cada vez mais importantes 
para o entendimento do controle dos genes do relógio e também dos sinais sistêmicos para o 
funcionamento correto de órgãos e tecidos no organismo. Pesquisas clínicas e epidemiológicas sugerem 
que disfunções circadianas são associadas a complicações cardiovasculares e metabólicas em diversos 
segmentos da população humana. Trabalhadores de turnos apresentam aumento da prevalência de 
síndrome metabólica, aumento do índice da massa corpórea (IMC) e também de complicações 
cardiovasculares e câncer. Essas observações levantam a possibilidade de que o desalinhamento crônico 
entre os ciclos de sono-vigília, e também os de jejum-alimentação contribui para a progressão de quadros 
de obesidade, síndrome metabólica, hipertensão, diabetes (Frank et al., 2009). 
Esta aula tem como objetivo mostrar como os osciladores centrais e periféricos interagem para 
manter o fino equilíbrio das atividades vitais e como uma desorganização do sistema de temporização 
pode prejudicar o funcionamento do organismo ocasionando problemas de saúde pública. 
 
 24 
 
O Sistema circadiano e os sinais de temporização ambientais: Uma 
perspectiva comparativa 
 
Jennifer Caroline de Sousa 
Laboratório de Fisiologia Comparativa da Pigmentação 
jennifercsousa@ib.usp.br 
 
A aula explorará a diversidade dos organismos quanto à estruturação e funcionamento do sistema 
circadiano através de uma abordagem comparativa. Para isso, as questões a que nortearão estão 
relacionadas à origem e à natureza de um sistema circadiano; à qualificação de pistas ambientais como 
sinais de temporização; às diferenças estruturais no marca-passo central e a presença de relógios 
periféricos em espécies mais estudadas nos estudos cronobiológicos. 
Hipóteses acerca da origem de um sistema de temporização baseado na duração de uma volta 
completa do planeta Terra ao redor do seu próprio eixo, que denominamos por “dia”, ainda não 
conseguem desvendar satisfatoriamente a possível origem dos ritmos circadianos nos seres vivos. No 
entanto, todas elas, ao estudar seres unicelulares atualmente existentes, já observam a presença de ritmos, 
o que evidenciaria uma gênese muito remota destes (Marques, 2003). 
Tomando-se a origem da ritmicidade biológica nos eucariontes (estudos em procariontes ainda 
são inconclusivos para afirmar com segurança se há ou não ritmicidade nesses seres), as suposições se 
norteiam em dois pontos iniciais divergentes: 1. A adaptação ao meio cíclico como fator primordial para o 
estabelecimento da estrutura temporal e 2. O surgimento de um padrão rítmico interno estabelecido sem a 
participação do ambiente (Marques, 2003). 
Apesar dessa incompatibilidade, não se nega que a existência da ritmicidade biológica foi um 
fator viabilizador da vida primitiva na Terra e, mesmo sem fatos e trabalhos científicos que fundamentem 
com consistência a origem dela, hoje vemos que a diversidade da vida apresenta-se apta a reconhecer os 
sinais ambientais como pistas para antecipar, regular e otimizar seus mecanismos vitais e aumentar as 
chances de sobrevivência e perpetuação na natureza (Marques, 2003; Marques et al., 2003). 
Essas pistas, na linguagem mais usual da Cronobiologia, são corriqueiramente designadas por 
zeitgebers, neologismo literalmente traduzido da língua alemã como “doador de tempo” e que na prática 
se refere ao fator cíclico ambiental que promove o arrastamento dos ritmos biológicos. A importância de 
cada tipo de zeitgeber depende das características da espécie, sendo que os ritmos de uma espécie podem 
ser sincronizados por zeitgebers diferentes, organizados segundo uma hierarquia (Marques, 2003). 
O principal deles é o ciclo claro/escuro, considerado o estímulo temporal mais absolutamente 
estável e confiável ao longo da história da vida. Em relação à existência de outros zeitgebers não-fóticos 
como disponibilidade de alimento, som e interação social, há estudiosos que os consideram “fracos” ou 
“não-confiáveis” quando comparados ao ciclo claro/escuro; todavia, é necessário ter em mente que, em 
25 
 
certos ambientes tais como cavernas subterrâneas, o meio marinho e regiões polares, essa alternância de 
luz ambiental perde importância em detrimento de outros sinais temporais alternativos (Menna-Barreto e 
Díez-Nogueira, 2022). 
Teríamos, portanto, ciclos de disponibilidade de alimento, ciclo de marés, ciclos lunares, ciclos 
sazonais (estações do ano), variações de salinidade e pH (ambientes estuarinos), variação de umidade 
relativa, ciclos de temperatura, ciclos bióticos como floração, relações sociais (inter e intra-específicas), 
como outros potenciais zeitgebers, sempre lembrando que a importância de cada um deles está inserida no 
contexto das espécies que lhe são responsivas, isto é, eles só podem recebem esse nome se foram capazes 
de serem reconhecidos e se levaram ao processo de sincronização dos ritmos biológicos ao ambiente 
(Marques, 2003; Menna-Barreto e Díez-Nogueira, 2011). 
Porém, pela preponderância do ciclo claro/escuro, facilmente os estudos acerca do seu papel 
como agente arrastador dos ritmos a um período de 24 (vinte e quatro) horas tomaram espaço nos 
trabalhos cronobiológicos e, abordando diferentes espécies de grupos animais distintos, podemos 
comparar semelhanças e diferenças anatômico-fisiológicas no sistema de percepção luminosa 
(fotorrecepção), tido, nesse contexto, como uma parte constituinte do sistema circadiano, assim também 
como na regulação dos ritmos biológicos no organismo como um todo. 
Para muitas espécies, um marca-passo central circadiano foi identificado em regiões discretas em 
ou próximas ao cérebro, que incluem: o Núcleo Supraquiasmático (NSQ) no hipotálamo de mamíferos, 
retina de moluscos marinhos (procurar fotos das espécies) e lobo óptico de baratas, grilos e moscas (estas 
últimas do gênero Drosophila). Em um peixe teleósteo vulgarmente chamado de peixe-zebra, muitas 
células e tecidos possuem relógios circadianos (temporizadores circadianos), mas um marca-passo central 
ainda foi identificado (Vansteensel et al., 2008). 
Identificam-se em peixes, anfíbios e répteis osciladores circadianos oculares, com as propriedades 
descritas para invertebrados, como moluscos e crustáceos. Então, poderíamos inferir que as modificações 
dos padrões anatômicos tomaram rumos bastante paralelos nos dois grupos zoológicos. “Em ambos 
observa-se uma tendência à interiorização dos osciladores, que em grupos anteriores ocupam uma posição 
bastante periférica, em geral, junto aos olhos, ou então, são estruturais visuais, como células retinianas, 
que admitem função de osciladores” (Golombek e Aguilar-Roblero, 2003). 
Em vertebrados não-mamíferos, a retina e a pineal são tidas como osciladores hierarquizados, 
enquanto que em mamíferos o NSQ ainda é tido como o oscilador central e, a respeito da origem dele em 
mamíferos,tem-se identificado em certos peixes, anfíbios e nos répteis, especialmente nos lagartos, um 
conjunto de neurônios hipotalâmicos osciladores, que poderiam ser considerados os precursores dos 
neurônios supraquiasmáticos de mamíferos (Golombek e Aguilar-Roblero, 2003). Entretanto, o 
pensarmos em um sistema circadiano, seria razoável imaginar uma ampliação do sinal transmitido por 
osciladores centrais ao organismo como um todo, assim como a necessidade uma retroalimentação 
(feedback) por parte do organismo para este relógio central, a fim de que houvesse uma sincronização 
entre todos os ritmos, havendo, portanto, o estabelecimento de relação de fases estáveis. Sendo assim, um 
 26 
 
sistema de temporização poderia contar com outros osciladores espalhados pelo organismo que pudessem 
auxiliar o processo de sincronização de todos os ritmos biológicos, com algum grau de independência. 
Esses seriam os relógios periféricos, que hoje recebem atenção nos estudos cronobiológicos também. 
 
27 
 
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FISIOLOGIA: ANIMAIS E 
AMBIENTE
30 
 
A importância da plasticidade fenotípica no ajuste a variações 
ambientais previsíveis e imprevisíveis 
 
Lilian Cristina da Silveira 
lilian.crisbio@gmail.com 
 
A capacidade de exibir mudanças reversíveis do comportamento, fisiologia e morfologia confere 
vantagem seletiva aos organismos frente a variações das condições ambientais. Plasticidade fenotípica é o 
termo é usado mais frequentemente para se referir a variações fenotípicas irreversíveis entre indivíduos 
adultos que ocorreram durante o desenvolvimento em consequência da exposição a diferentes fatores 
ambientais. Por outro lado, algumas características dos indivíduos adultos como, por exemplo, o nível de 
adiposidade, plumagem e o tamanho e a capacidade funcional de órgãos e características fisiológicas 
derivadas, tais como a taxa metabólica basal (TMB), podem variar entre estações do ano e também em 
escalas temporais mais curtas. Esta capacidade de exibir mudanças do comportamento, fisiologia e 
morfologia é uma característica amplamente difundida entre vertebrados e invertebrados e é um 
componente crítico do repertório adaptativo fisiológico dos animais. Aconteçam em resposta a fatores 
ambientais não sazonais ou sazonais, estas mudanças reversíveis são consideradas um subtipo de 
plasticidade fenotípica, mais recentemente denominada flexibilidade fenotípica. 
Diversos animais são capazes de prever fases em que as condiçõesdo ambiente tornam-se 
desfavoráveis para funções vitais, por meio de um sistema temporizador interno e da percepção de sinais 
ambientais cíclicos, tais como fotoperíodo, temperatura e umidade. Animais que apresentam dormência 
sazonal, por exemplo, são capazes de se antecipar à fase de escassez de alimentos através de uma série de 
ajustes comportamentais e metabólicos que possibilitam, dentre outros eventos, o armazenamento de 
substratos energéticos. De modo semelhante, aves migratórias apresentam um conjunto de ajustes 
fisiológicos, incluindo mudanças notáveis da adiposidade e do tamanho de órgãos, antes e durante os vôos 
migratórios, bem como nas durante as paradas de reabastecimento. O tamanho dos órgãos pode ser 
modificado por mecanismos ativos (neurais e hormonais) ou passivos (mudanças da demanda imposta 
sobre eles). A regulação interna, através de mecanismos neurais e hormonais, desempenha um importante 
papel nestes ajustes em aves migratórias. 
Sobreposto a este ciclo de vida previsível estão os eventos imprevisíveis (tempestades, secas, 
fogo, escassez de alimento e interferência humana) que podem ser estressantes para o animal. Uma vez 
que estes eventos não podem ser previstos, pelo menos com antecedência suficiente, os ajustes 
fisiológicos ocorrem durante e após o evento; ao contrário dos ajustes antecipatórios no caso das 
variações ambientais previsíveis. Um dos fatores ambientais mais críticos que está sujeito a flutuações 
imprevisíveis é a disponibilidade de alimento. Muitos répteis de regiões tropicais e subtropicais, 
principalmente cobras, como as cobras boas e pítons, passam por fases de jejum que podem durar vários 
31 
 
meses e não possuem um padrão sazonal de variação. Na píton, durante a fase entre as refeições, todos os 
processos metabólicos são mantidos utilizando reservas energéticas endógenas e a redução da taxa 
metabólica padrão, associada à atrofia de alguns órgãos, contribui para o aumento do tempo de 
sobrevivência com base nestas reservas e aumenta as chances de sobrevivência até a próxima refeição. 
Após a ingestão de uma presa, a taxa metabólica se eleva muito e ocorrem mudanças abrangentes e muito 
rápidas da massa intestinal e das taxas de transporte de nutrientes após a alimentação além de um 
aumento de expressivo da massa ventricular. Estes e outros impressionantes ajustes da massa de órgãos e 
da taxa metabólica que acompanham os ciclos de jejum-alimentação em pítons fazem com que estes 
animais sejam considerados modelos de regulação fisiológica extrema. 
A resposta dos organismos às variações ambientais é alvo de estudos há várias décadas, mas 
recentemente tem recebido maior atenção devido às mudanças climáticas em curso no nosso planeta. Ao 
longo do século passado a temperatura da superfície da Terra aumentou 0,74ºC e estima-se um aumento 
de cerca de 3ºC nos próximos 100 anos, juntamente a um aumento da frequência, intensidade e duração 
de eventos climáticos extremos, tais como secas, e ‘ondas de calor’. O aumento da frequência e 
intensidade de eventos climáticos extremos provavelmente impõem pressões seletivas diferentes daquelas 
impostas por um aumento gradual da temperatura e acredita-se que será a principal causa da extinção de 
espécies no próximo século. Diversos estudos têm demonstrado que as mudanças climáticas globais que 
ocorreram nas últimas décadas tiveram grande impacto na migração, comportamento reprodutivo e outros 
aspectos do ciclo de vida dos organismos e tem se tornado cada vez mais claro que os fisiologistas 
comparativos possuem um importante papel na compreensão dos impactos destas mudanças na fisiologia 
dos organismos. 
 
 32 
 
Dinâmica parasita-hospedeiro: Aspectos sazonais, reprodutivos e 
evolutivos 
 
Carla Bonetti Madelaire 
Laboratório de Comportamento e Fisiologia Evolutiva 
cmadelaire@yahoo.com.br 
 
Mudanças sazonais de temperatura e fotoperíodo são cíclicas e previsíveis, fazendo parte da 
história de vida dos animais. No entanto, a variação anual de pressão seletiva por parte dos patógenos é 
um tipo de mudança não previsível que pode afetar o indivíduo, no que diz respeito a imunidade e 
reprodução (Altizer 2006). Além disso, existem hipóteses na literatura que os parasitas podem afetar as 
características reprodutivas de exibição dos machos, tendo uma implicação direta na escolha da fêmea. 
Assim, a resistência dos machos aos parasitas seria evidenciado por meio da intensidade de exibição de 
ornamentos e displays sexuais (Hamilton & Zuk, 1982). 
A testosterona é um hormônio esteróide que confere o desenvolvimento das características 
sexuais secundárias e pode aumentar o sucesso reprodutivo dos machos, no entanto, este hormônio 
também pode causar imunossupressão (Folstad & Karter, 1992). Esta situação cria um dilema fisiológico 
potencial, uma vez que essa depressão do sistema imune, por sua vez, facilita a proliferação dos parasitas 
já estabelecidos, assim como a ocorrência de novas infecções (Cohen & Sadun 1976). Uma infecção 
parasitária instalada ou acidental expõe o macho a um custo substancial durante o período em que 
necessita desenvolver e manter os caracteres sexuais secundários (Folstad & Karter, 1992). 
Devido ao conspícuo comportamento vocal dos machos de anuros, este grupo têm se mostrado 
particularmente interessante para testes de premissas associadas à seleção sexual (Hausfater 1990; 
Sullivan 1991; Pfennig & Tinsley 2002; Sullivan & Kwiatkowski 2007; Castellano 2009). Para a maior 
parte das espécies de anuros, caracteres associados ao tamanho corpóreo e propriedades das vocalizações 
são importantes nos processos de seleção intra e inter-sexual. Fêmeas de diversos grupos de anuros 
preferem, de uma forma geral, características comportamentais energeticamente exigentes, como a 
manutenção de altas taxa de vocalização, e que expõe os machos a um maior risco de predação (custo 
direto) e/ou redução do crescimento (custo indireto), mas que, provavelmente, aumentam o sucesso 
reprodutivo dos machos (Hinshaw e Sullivan 1990; Sullivan e Kwiatkowski 2007; Andersson 1994; 
Wells 2001). O desenvolvimento das bases controladoras e efetoras do comportamento vocal, bem como 
sua ativação na época reprodutiva, é mediado por hormônios esteróides, como a testosterona (Wilczynski 
e Chu 2001) e a corticosterona, que está relacionada à mobilização energética necessária para a 
sustentação desta atividade (Emerson 2001). Tanto os andrógenos quanto os hormônios inter-renais 
podem apresentar efeitos imunossupressores, aumentando a probabilidade de infecções parasitarias 
(Wingfield 1994). 
 
33 
 
Além do comportamento de corte, outros aspectos do fenótipo dos hospedeiros são remodelados 
devido à interação com parasitas, afetando potencialmente seu valor adaptativo, como por exemplo, taxa 
de crescimento, desempenho locomotor e anorexia (Goater e Ward, 1992; Goater e col. 1993) 
encontraram que parasitas pulmonares também reduzem o desempenho locomotor em Bufonídeos, taxa 
de crescimento que leva à redução de tamanho corpóreo e também diminuir o índice de sobrevivência dos 
indivíduos. Assim, é possível observar como os parasitas podem afetar diversos aspectos de vida dos 
indivíduos de forma a diminuir substancialmente o valor adaptativo dos hospedeiros. 
 
 34 
 
Desafios ambientais na transferência de nutrientes ao longo da 
cadeia trófica: efeitos na fisiologia dos animais 
 
Aline Dal’Olio Gomes 
eniladal@gmail.com 
 
As alterações no ecossistema em grande escala, como mudança climática e processos de 
eutrofização, considerados eventos imprevisíveis, estão frequentemente associadas às alterações na 
estrutura de comunidades biológicas, o que pode afetar os padrõesde fluxo de energia e nutrientes, 
incluindo ácidos graxos, ao longo das cadeias alimentares. Deste modo, para entender como o equilíbrio 
de um ecossistema se mantém, ou é alterado, uma análise das relações alimentares é muito importante. 
Pensando no ambiente aquático, muitos estudos têm focado nas relações tróficas de fitoplâncton, 
zooplâncton, bivalves e peixes através de análises de conteúdo estomacal ou, mais recentemente, da 
composição dos ácidos graxos (AGs) presentes nesses organismos. Estes compostos apresentam 
diferentes funções e estruturas que podem variar entre as espécies e em resposta às condições ambientais. 
As algas são a base da pirâmide trófica dos ecossistemas aquáticos, sendo essencialmente os 
únicos organismos que possuem as enzimas necessárias à produção de AGs polinsaturados (PUFAs) com 
18 carbonos. Sendo assim, esses PUFAs são importantes biomarcadores, pois incluem os AGs que são 
assimilados pelos animais em sua dieta ao longo de toda a cadeia trófica. Os peixes de origem marinha 
geralmente apresentam maiores quantidades de PUFAs ômega 3 de cadeia longa do que peixes de água 
doce, devido à expressiva quantidade desses AGs no fitoplâncton marinho. 
De modo geral, os AGs apresentam importantes funções na fisiologia dos animais. Os AGs 
saturados, com o seu alto conteúdo calórico, são primariamente utilizados como fonte de energia, 
enquanto os PUFAs participam da regulação da fluidez de membranas biológicas, além de serem 
precursores de eicosanóides, os quais incluem prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos. Estes 
componentes podem influenciar no crescimento, na esteroidogênese, regulação da produção de ovos, 
oviposição, desova e eclosão; no controle do fluxo de íons e água e no ajuste de set point da temperatura, 
além de mediarem respostas imunológicas a infecções e terem um papel importante na neurofisiologia. 
Dessa maneira, a dieta afeta a disponibilidade de AGs específicos, alterando, por exemplo, a 
composição final dos fosfolipídios. Esse processo atrelado a uma perturbação ambiental que cause 
deficiência em certos AGs pode influenciar na habilidade dos peixes em manter a fluidez das membranas 
e até mesmo em outros aspectos da fisiologia, como a reprodução. Trabalhos realizados nos Grandes 
Lagos, no Canadá, têm demonstrado que as populações do anfípoda Diporeia, ricas em lipídios, 
declinaram em muitas áreas desses lagos, como consequência de interações com bivalves invasivos. As 
diporéias são ricas em AGs ômega 3 e, este fato, combinado à sua alta densidade, sugere que esta espécie 
provê uma importante função na contribuição de PUFAs essenciais aos peixes desse ambiente. Assim, a 
35 
 
diminuição deste componente do zooplâncton tem forte efeito na disponibilidade de AGs aos peixes, 
tendo uma potencial ação na fluidez das membranas nesses animais e em seus predadores. 
Do mesmo modo, a mudança na alimentação do homem nos últimos 20 anos, principalmente em 
decorrência do aumento da ingestão de alimentos industrializados, ricos em PUFAs ômega 6, tem 
causado efeitos deletérios para a saúde, como desenvolvimento de doenças cardiovasculares, hipertensão, 
diabetes melito e obesidade. Assim, a razão entre a ingestão diária de alimentos ricos em AGs ômega 6 e 
3 assume grande importância também na nutrição humana. 
 
 36 
 
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REOSTASE
 38 
 
Paradigmas Fisiológicos: o exemplo da Reostase 
 
Tatiana H. Kawamoto 
th.kawamoto@gmail.com 
 
É fácil encontrar a palavra Fisiologia associada à Fisiologia Médica. Esta forte associação de 
significados deve-se à origem siamesa de ambas as áreas, e imprime, mesmo na Fisiologia Geral, esta 
forma de organizar o conhecimento, estruturada por sistemas funcionais. Apesar de ser didática, esta 
estrutura trás consigo uma forma enciclopédica de organizar o conhecimento tendo o ser humano como 
referencial. Nesta linha de pensamento, todos os demais animais tornam-se exceções e seus estudos, 
anedóticos, exemplos ilustrativos de formas imperfeitas de funcionamento. Exemplo disso é a ideia senso 
comum de que a endotermia homeotérmica é a forma mais eficiente e otimizada de regulação térmica e 
energética dentre as muitas existentes na natureza. O erro aqui está em imaginar eficiências e 
desempenhos desassociadas do contexto em que elas ocorrem. Tendo em vista um panorama mais amplo 
da fisiologia, como uma subárea da biologia, podemos notar a necessidade de uma abordagem menos 
enciclopédica e anedótica, e mais conceitual e paradigmática, procurando abranger leis mais gerais de 
funcionamento. 
Historicamente, alguns destes passos já foram dados. Dentre os eventos que marcaram grandes 
mudanças paradigmáticas na fisiologia destacam-se a Teoria Celular, e a Homeostase. A primeira por 
estabelecer a unidade funcional da vida, permitindo a busca por padrões gerais de funcionamento dos 
organismos. A segunda,