"RESISTÊNCIA DE PRAGAS A PESTICIDAS: PRINCÍPIOS E PRÁTICAS"

- Mecanismos de Resistência a Inseticidas -

Prof. Raul N. C. Guedes (UFV)

1. Introdução

. Mecanismos: - comportamentais

- fisiológicos

- bioquímicos

2. Mecanismos comportamentais

. Determinados por ações que inflenciam a resposta a pressões seletivas exercidas por um inseticida que aumentam a habilidade de uma população de insetos evitar os efeitos letais deste tóxic o. Em outras palavras, refere-se aos mecanismos pelos quais os insetos conseguem evitar uma dose letal do inseticida e depende:

a) da capacidade de aprendizado do inseto

b) de modificações genéticas nos receptores periféricos de estímulos ou nos sistemas centrais de processamento de estímulos

. Esses mecanismos podem ser de dois tipos:

a) estímulo-dependente: irritabilidade

b) estímulo-independente: xenofobia e/ou exofilia

. Ex. moscas do chifre com resistência de 85-vezes a piretróides são muito irritadas pela presença de cipermetrina e deltametrina

3. Mecanismos fisiológicos

. Tipos:

a) Redução da penetração pela cutícula do inseto (gene pen conferindo resistência ao metoxicloro em mosca doméstica)

b) Sequestramento (p.e. gene da esterase E4 em pulgões Myzus persicae)

4. Mecanismos bioquímicos

4.1. Aumento de destoxificação metabólica

. Deve-se principalmente a ação de enzimas destoxificativas envolvidas em reações de fase I (= reações sem síntese). Nelas um grupo polar reativo (e.g. -OH, -SH, -NH2,-COOH) é introduzido numa molécula inseticida tornando-a mais solúvel em água. O efeito mais importante dessas reações é tornar o inseticida um substrato mais adequado a ação de reações de fase II (= reações de biossíntese ou conjugações).

As principais enzimas destoxificativas envolvidas em resistência a inseticidas são:

. Monooxigenases dependentes de citocromo P450

. Esterases (e.g. carboxilesterases e fosfotriesterases)

. Glutationa S-transferases

a) Monooxigenases dependentes do citocromo P450

a.1) Sistema de monooxigenação dependente do citocromo P450

. Outros nomes: polisubstrato monoxigenases (PSMOs), oxidases de função mista, enzimas do citocromo P450 e oxidases microssomais

. Mais importante e diverso grupo de enzimas das reações fase I

. As enzimas ou sistemas enzimáticos estão localizados em vários tecidos, particularmente no fígado de vertebrados e no intestino médio, corpo gorduroso e túbulos de Malpighi de insetos

. Quando células desses tecidos são rompidos por homogeneização, o retículo endoplasmático é fragmentado em pequenas vesículas chamadas microssomos

. Microssomos podem ser fracionados por ultracentrifugação diferencial

a.2) Componentes do sistema citocromo P450

. Enzima citocromo P450 (é uma hemoproteína, ou seja, contém Fe)

. NAPDH citocromo P450 redutase (uma flavoproteína): provavelmente apenas uma redutase serve a um grupo de isoenzimas do citocromo P450

. Citocromo b5 redutase e citocromo b5: esses parecem estar envolvidos na doação de um segundo elétron para o citocromo P450, mas isso ainda é objeto de controvérsia

. Fosfolipídio: importante para a integridade global do complexo e a relação entre citocromo P450 e a redutase (NADPH redutase)

a.3) Mecanismo cíclico de oxigenação de um substrato por citocromo P450:

reação global: SH + O2 + NADPH + H+ ==> SOH + H2O + NADP+

A sequência de reações metabólicas é:

1 - o substrato (SH) liga-se ao citocromo P450

2 - o átomo de Fe do citocromo é reduzido (passa da forma Fe+3 a Fe+2) pela adição de um elétron (e-) de uma molécula doadora (NADPH citocromo P450 redutase)

3 - a redução do átomo de ferro permite a sua ligação com oxigêneo molecular (O2)

4 - um segundo elétron (parece ser doado ao NADH via citocromo b5 redutase e citocromo b5, mas isso é ainda controvertido) é introduzido no ferro e então a molécula de água (H2O) é li berada para formar um complexo (FeO)+3, que transfere seu átomo de oxigêneo para o substrato

5 - o substrato oxidado (ROH) é liberado, liberando por sua vez o citocromo P450 para que o ciclo possa se repetir

a.4) tipos gerais de reações de oxidação catalizadas pelas enzimas do complexo citocromo P450

. Hidroxilação alifática . Deaminação

. Hidroxilação aromática . Sulfoxidação

. Epoxidação . Dessulfuração

. N-, O-, ou S- desalquilação . Desalogenação oxidativa

. N -hidroxilação

b) Esterases

. São capazes de hidrolizar ésteres e estão presentes em todos os organismos vivos

. Muitos xenobióticos (p.e. ésteres, amidas, ou fosfatos substituídos), que possuem ligações tipo éster, são susceptíveis a hidrólise

. Três importantes grupos de inseticidas possuem ligações tipo éster: fosforados, carbamatos e piretróides

. São os únicos tipos de reações fase I que não requerem energia

. Numerosas hidrolases são encontradas no plasma sanguíneo, fígado, mucosa intestinal, rins, músculo, e tecido nervoso de vertebrados

. Hidrolases concentram-se mais na hemolinfa, intestino, músculos e tecido nervoso de insetos

. Classificação de esterases:

. Tipo A: arilesterases, paraoxonases, fosfatases e fosfotriesterases. Não são inibidas por organofosforados e muitas dessas enzimas tem importante ação metabolizadora destes inseticidas, t endo-os como substratos

. Tipo B: carboxilesterases ou aliesterases, acetilcolinesterase e butirilcolinesterase. São sensíveis à inibição por organofosforados e utilizam estes inseticidas como substrato suicida (sequestramento; efeito "esponja")

. Tipo C: não interagem com organofosforados

. Exemplos de enzimas catalizadoras de reações de hidrólise:

a) arildialquilfosfatases (paraoxonase, tipo A)

b) diisopropilfluorofosfatase (DFPase, tipo A)

c) malatiom-específica carboxilesterase (tipo B)

d) E4 (carboxilesterase do pulgão Myzus persicae, tipo B: sequestramento de inseticidas)

c) Glutationa S-Transferases

. Frequentemente considerada uma enzima de reação de fase II, mas também considerada de fase I quando a glutationa é utilizada de forma catalítica e posteriormente regenerada, sem ser elimi nada na forma conjugada.

Conjugações com glutationa e glutationa S-transferases

Glutationa: é um tripeptídeo formado por glicina, cisteína e ác. glutâmico

Glutationa S-transferases (GSTs):

- família de isoenzimas envolvidas na conjugação de glutationa reduzida com compostos eletrofílicos

- GSTs mediam a reação inicial da biossíntese de ác. mercaptúricos

- GSTs estão presentes em fígado e rins de mamíferos, e na fração solúvel de preparações celulares

- GSTs consistem em uma superfamília de genes de enzimas diméricas com cada subunidade com peso molecular entre 20000 e 25000

- existem 3 grupos de GSTs importantes na degradação de pesticidas

. Epóxido transferases

. Aril transferases

. Alquil transferases

. Exemplos de biotransformações de inseticidas

1. Organofosforados

2. Carbamatos (carbaril como exemplo)

3. Piretróides (permetrina como exemplo)

4.2. Insensibilidade do sítio de ação

. Alterações na acetilcolinesterase (e.g. besouro do Colorado e azinfós-metílico [ser ==> gli])

. "Knockdown resistance" (KDR): alterações nos canais de Na (mosca doméstica e barata germânica)

. Redução da sensibilidade de receptores GABA a ciclodienos (Drosophila melanogaster & dieldrim: ala ==> ser)

. Redução de afinidade por receptores específicos no intestino médio de insetos a toxinas de Bacillus thuringiensis (inibidores de protease parecem também estar presentes impedindo a ativa&c cedil;ão da toxina)

Leitura Recomendada: