Different cellular behaviour and antioxidant response of Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces chevalieri growing in presence of ammonium metavanadate

R. Ferreira ¹, I. Alves-Pereira ^1,2, S. Magriço ², C. Ferraz-Franco²

RESUMO

A fermentação do vinho é um processo microbiológico complexo que requere a presença de leveduras adaptadas a condições de stresse. No ambiente celular de organismos aeróbios ocorrem naturalmente espécies reactivas de oxigénio (ROS) como subprodutos da respiração mitocondrial. A elevada reactividade destas espécies químicas pode gerar danos moleculares que, em alguns casos, levam à morte celular. Em condições fisiológicas normais ou como resposta ao stresse oxidativo, a célula pode desencadear respostas adaptativas que envolvem mecanismos antioxidantes como os enzimas glutationo redutase (GR; EC 1.6.4.2) e catalases T (CAT T; EC 1.11.1.6) e A (CAT A; EC 1.11.1.6).

O vanádio, um metal pesado presente em alguns fitofármacos, pode também com portar-se como um gerador de ROS, alterando o estado redox intracelular e exercendo efeitos nocivos em leveduras expostas a quantidade excessiva deste elemento. O principal objectivo deste trabalho foi comparar o efeito do metavanadato de amónio (NH4VO3), um sal pentavalente de vanádio, na viabilidade celular e nas actividades enzimáticas GR, CAT T e CAT A das leveduras vínicas Saccharomyces cerevisiae UE-ME3 e Saccharomyces chevalieri UE-ME1.

Os resultados obtidos mostram que S. chevalieri UE-ME1 revelou menor tolerância ao NH4VO3 do que S. cerevisiae UE-ME3, uma vez que culturas de S. chevalieri não sobreviveram para valores de concentração do sal de vanádio superiores a 7,5 mM enquanto que células de S. cerevisiae mantiveram-se viáveis em presença de metavanadato de amónio 75 mM. As actividades enzimáticas estudadas apresentaram em S. chevalieri valores muito inferiores aos que foram determinados em S. cerevisiae embora em ambas as espécies de levedura o NH4VO3 pareça comportarse como um indutor de stresse oxidativo ao provocar um decréscimo significativo da actividade GR (P<0,01) e um aumento significativo da actividade CAT A (P<0,01). Observou-se, ainda, nas duas espécies de levedura, um aumento da actividade enzimática CAT T, tida como resposta adaptativa protectora ao stresse oxidativo. O comportamento diferenciado de adaptação à presença de metavanadato de amónio pelas duas espécies de Saccharomyces pode ser parcialmente justificado pela presença de sistemas antioxidantes mais eficientes em S. cerevisiae UE-ME3.

The fermentation of wine is a complex microbiological process which requires yeast adaptation to stress conditions. In the cellular environment of aerobic organisms naturally reactive oxygen species (ROS) occurs as by-products of mitochondrial respiration. The higher reactivity of these chemical species could cause molecular damages that in several cases induce cellular death. In common physiological conditions or as response to oxidative stress, the cell can generate adapted responses which involve antioxidants mechanisms as glutathione reductase (GR; EC 1.6.4.2) and catalase T (CAT T; EC 1.11.1.6) and A (CAT A; EC 1.11.1.6) enzymes.

Vanadium, a heavy metal present in several pesticides could generate ROS changing the intracellular redox state and cause deleterious effects in yeasts exposed to higher levels of this element. The main objective of this work was to compare the effects of ammonium metavanadate (NH4VO3), a pentavalent salt of vanadium on cellular viability and GR, CAT T and CAT A activities of wine yeast Saccharomyces cerevisiae UE-ME3 and Saccharomyces chevalieri UE-ME1.

The results obtained show that S. chevalieri UE-ME1 has lower tolerance to NH4VO3 than S. cerevisiae UE-ME3, since S. chevalieri cultures do not survive to concentration values of ammonium metavanadate higher than 7,5 mM, whereas S. cerevisiae cells are still viable in the presence of 75 mM. S. chevalieri has an enzymatic activity lower than S. cerevisiae, although for both yeast species NH4VO3 could behave as oxidative stress inductor, causing a significant decrease of GR activity (P<0,01) and a significant increase of CAT A activity (P<0,01). The results show also an increase of CAT T activity in both yeast species, which can be interpreted as a protective response to oxidative stress. Differences on response to amonium metavanadate by both species of Saccharomyces could be partially justified by more efficient antioxidant systems in S. cerevisiae UE-ME3.

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¹ Instituto de Ciências Agrárias Mediterrânicas (ICAM), Universidade de Évora, Apartado 94, 7002554 Évora; e-mail: raf@uevora.pt; ² Departamento de Química, Universidade de Évora,