Nitrogen metabolism and activity of amino acid metabolizing enzymes in the unicellular green alga Dunaliella sp. under long-term salinity and arginine treatment

Resumo

O acúmulo de alguns aminoácidos livres e seu metabolismo foram investigados em Dunaliella sp. células adaptadas a três níveis de sal (1, 2 e 3 M NaCl) na presença ou ausência de 5 mM de arginina (Arg) para avaliar a relação entre tolerância à salinidade e metabolismo do nitrogênio. As células adaptadas ao sal mostraram expressiva diminuição na densidade dependendo da concentração de sal, mas acumularam altas concentrações de aminoácidos livres, como prolina, Arg e ácido γ-aminobutírico (GABA). A salinidade aumentou as atividades das enzimas envolvidas no metabolismo do nitrogênio, incluindo nitrato redutase (NR), glutamina sintetase (GS) e glutamato sintase (NADH-GOGAT), bem como várias enzimas metabolizadoras de aminoácidos, como arginase, arginina descarboxilase (ADC) , ornitina aminotransferase (OAT), glutamato desidrogenase (GDH) e glutamato descarboxilase (GDC). O tratamento com Arg melhorou a densidade celular em suspensões de NaCl 1 e 2 M, o que foi associado ao alto acúmulo de glutamato e GABA e diminuiu Arg e prolina. Em contraste, Arg e GABA acumularam em células tratadas com Arg a 3 M de NaCl, sem alterações nos níveis de prolina e glutamato. O acúmulo de GABA em células tratadas com Arg ocorreu enquanto a atividade do GDC diminuiu ou permaneceu inalterada. Tal como os aminoácidos, as actividades de todas as enzimas envolvidas na metabolização dos aminoácidos foram alteradas de forma diferente pelo tratamento com Arg. Estes resultados favorecem um papel determinante do metabolismo do nitrogênio na tolerância de Dunaliella sp. células à salinidade a longo prazo. O tratamento com Arg equilibra o metabolismo do carbono e do nitrogênio, talvez modificando de forma diferente a atividade das enzimas que metabolizam o nitrogênio e os aminoácidos e operando a biossíntese de moléculas sinalizadoras.
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Abstract

The accumulation of some free amino acids and their metabolism were investigated in Dunaliella sp. cells adapted to three salt levels (1, 2, and 3 M NaCl) in the presence or absence of 5 mM Arginine (Arg) to assess the relationship between salinity tolerance and nitrogen metabolism. Salt-adapted cells showed a large decrease in density depending on salt concentration but accumulated high concentrations of free amino acids such as proline, Arg, and γ-aminobutyric acid (GABA). Salinity increased the activities of enzymes involved in nitrogen metabolism, including nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS), and glutamate synthase (NADH-GOGAT), as well as several amino acid metabolizing enzymes such as arginase, arginine decarboxylase (ADC), ornithine aminotransferase (OAT), glutamate dehydrogenase (GDH), and glutamate decarboxylase (GDC). Arg treatment improved cell density at suspensions of 1 and 2 M NaCl, which was associated with a high accumulation in glutamate and GABA and decreased Arg and proline. In contrast, Arg and GABA accumulated in Arg-treated cells at 3 M NaCl, without changes in proline and glutamate levels. Accumulation of GABA in Arg-treated cells occurred while GDC activity decreased or remained unchanged. Like amino acids, the activities of all enzymes involved in amino acid metabolization were differently changed by the Arg treatment. These results favor a determining role for nitrogen metabolism in tolerance of Dunaliella sp. cells to long-term salinity. Arg treatment balances the metabolism of carbon and nitrogen, perhaps by different modifying the activity of nitrogen and amino acid metabolizing enzymes and operating the biosynthesis of signaling molecules.