Bioluminescência: "Luzes Vivas na Escuridão: fatos e Casos".

O presente resumo é baseado no artigo: Luzes Vivas na Escuridão: fatos e Casos.

É fácil imaginar, mais mesmo assim é difícil saber exatamente de onde vem essas luzes que enxergamos se movendo no além, na escuridão, os conhecidos vagalumes, mal sabemos que existe todo um estudo para justificar o porquê de tal fenômeno. E por meio deste artigo venho compartilhar como o tal fenômeno ocorre. Neste vem destacar o estudo da emissão de luz fria e visível por organismos vivos, sendo assim denominada de bioluminescência.

Esta ocorre em vários organismos não só nos conhecidos vagalumes, como também em bactérias, fungos, algas, celenterados, moluscos, artrópodes e peixes, esse fenômeno pode ser frequentemente encontrado em ambientes marinhos, não deixando de se fazer presente também em ambientes terrestres podendo ocorrer em fungos, anelídeos, moluscos e até em insetos. Neste tem-se uma descrição precisa das principais famílias de besouros luminosos, que se classificam em três: Os vagalumes ou lampirídeos, com uma ou mais lanternas no lado ventral do abdômen, as quais emitem flashes de luz variando entre o verde e amarelado ao amarelo.

Exemplo de organismos bioluminescentes: 

Imagem 1

Fonte: https://mundoestranho.abril.com.br/mundo-animal/como-o-vaga-lume-emite-sua-luz/

                     Imagem 2

                            

Fonte: https://www.curioso.blog.br/post/vaga-lume-emite-luz-serve/

                      Imagem 3

https://viajandonomundodaciencia.blogspot.com.br/2011/07/lagarta-do-nariz-vermelho.html?m=1

Todos os insetos têm metamorfose completa, definida pelas fases de ovo, larva, pupa e adulto e emitem luz ao longo de todo seu ciclo de vida. A bioluminescência é essencial nos meios de sobrevivência dessas espécies, esta atua com a função de comunicação, as espécies emitem luz para se comunicarem com indivíduos de mesma espécie, e até por exemplo através da busca por parceiros sexuais para reprodução, ou mesmo para reunir-se, e assim como qualquer uma outra espécie atuarem juntos para alcançarem um só objetivo como alimentação ou mesmo como forma de proteção; enganar e assustar predadores. 

Imagem 4

Fonte: http://papodeprimata.com.br/bioluminescencia/

A bioluminescência atualmente definida como sendo a emissão de luz fria por organismos vivos, na qual esta é produzida por reações químicas altamente exotérmicas catalisadas enzimaticamente, onde a energia química é convertida em energia luminosa. Neste processo ocorrem reações das quais as moléculas geneticamente denominadas luciferinas são oxidadas por oxigênio, produzindo moléculas capazes de emitir luz, essas reações são catalisadas pela enzima denominada luciferase.

Imagem 5

Fonte: http://fisicaebiologia.blogspot.com.br/2010/04/bioluminescencia.html?m=1. Img:<http://1.bp.blogspot.com/_Xr4R8wz3fi8/S8esq5U0LQl/AAAAAAAAArg/Cr1lkeBvao4/s1600/bioluminescence-luciferin.gif

A bioluminescência é diferente dependendo do animal, alguns irão emitir luz amarela por exemplo, já outros podem emitir cor vermelha ou azul. Já sob outra linha de raciocínio, a separação e exposição estrutural da luciferina dos organismos bioluminescentes revelam grande diversidade química, esta sugere que a bioluminescência surgiu por várias vezes de uma forma descontinua durante a evolução das espécies.

Assim, para ocorrer o fenômeno de emissão de luz por esses organismos todas as luciferinas são oxidadas produzindo geralmente um peroxido que se decompõe rapidamente em produto luminescente. Dessa forma dar-se o seu rendimento quântico de bioluminescência através de uma relação entre o número de fótons emitidos pelo número de moléculas de luciferinas consumidas.

Os estudos relevantes a esta área, etapas e rendimento da bioluminescência dos sistemas luciferinas e luciferase, tomaram bastante espaço com pesquisas, porém, não foram completamente compreendidas. Até então não se tem esclarecidas as funções biológicas da emissão luminosa, como no caso de cogumelos luminescentes, e assim a bioluminescência continua desafiando estudiosos.

Segundo Harvery foi Robert Boyle que em meados do século XVII estabeleceu a primeira relação de natureza química entre peixes, insetos e fungos luminescentes, anos depois foi confirmado que a bioluminescência é resultante de uma reação sustentada por oxigênio molecular. Por volta de 1885 veio a então descoberta da luciferina (ingrediente) e da luciferase (catalizador) por Dubois.  

Este preparou e testou experimentos de extratos frios e pré-aquecidos, daí conclui que a bioluminescência depende de uma luciferina (combustível) e uma luciferase (catalizadora), também a presença de um oxidante, o oxigênio, esta experiencia é utilizada até os dias atuais em organismos ainda em estudo. Sendo que existem alguns sistemas bioluminescentes que requerem a participação de coenzima, particularmente NADH e NADPH como em bactérias e fungos.

A luciferina foi cristalizada e estudada pela primeira vez por Bitler 1957 e só em 1961 foi sistematizada por White e Colab. Sua estrutura química foi identificada como a de um composto benzotiazólico derivado de D- (-) -cisteína, se preparado a partir de D- (+) -cisteína, a luciferina obtida é inativa. Estudos mais tarde mostraram que as lucíferas de várias espécies são idênticas independentemente da cor da luz emitida. Sendo que os mecanismos de ação da bioluminescência de besouros não são satisfatoriamente esclarecidos. 

Imagem 6

Mecanismo da reação de oxidação da luciferina de coleópteros luminescentes catalisada pela luciferase, com consumo de ATP e O2.

Fonte: http://rvq.sbq.org.br/imagebank/pdf/v7n1a02.pdf

E por fins dos anos setenta haviam perspectivas de que a cor e intensidade de luz em vagalumes eram sensíveis ao pH, força iônica, presença de cátions divalentes, temperatura, e polaridade do meio, fatores determinantes na estrutura e atividade das proteínas, portanto também das luciferases. O mecanismo de ação da luciferase assemelha-se muito às reações de formação da ligação peptídica de proteínas e da ligação de ácidos graxos a glicerol nos triacilgliceróis, catalisadas por ligases.

Em ambos casos, em luciferase e ligase o papel do ATP é ativar a carboxila na forma de um anidrido misto. Considerando suas semelhanças estrutural e funcional da luciferase e ligase, Viviane e Bechara propuseram testar injeção de luciferina de vagalume em larvas do coleóptero não luminescente, o corpo da larva em estudos emitiu sinal de luz. E assim esta descoberta permitiu também, o desenvolver de uma luciferase totalmente nova a partir de uma ligase.

Já sob outa linha de raciocínio, a emissão de luz como forma de atração pelo parceiro para reprodução, há uma diversidade de padrões de atração para interação sexual, uma delas é o fato de fêmea ser sedentária, e pousada sobre a vegetação, pisca para o macho atraindo-o, ou mesmo o macho em voo sinaliza e atrai a fêmea, os padrões de voo nupcial variam de acordo com as espécies, porém machos também competem por fêmeas de outras espécies, da mesma forma as fêmeas, selecionam machos, sendo que os machos também utilizam de técnicas de pseudo-flashes para enganar  seus rivais. Existe ainda o processo pelo qual a fêmea atrai o macho e devora-o. Os padrões de comunicação de atração, funciona como um controle neural do sinal luminoso.

A luciferase e a luciferina de vagalumes são utilizadas há cerca de cinquenta anos como reagentes bioanalíticos. E como a reação depende da presença de ATP, além de oxigênio molecular, luciferina e luciferase têm sido empregados para detectar e quantificar ATP via bioluminescência.

Considerando que esta é a molécula armazenadora de energia nas células vivas, pode ser mensurada e usada como marcadora em uma pletora de amostras biológicas, inclusive biomassa e contaminação microbiológica de alimentos, água tratada, bebidas e medicamentos, entre outros. Após a clonagem do DNA que codifica a luciferase de vagalumes, várias outras aplicações que empregam este gene, e a luciferase produzida, foram desenvolvidas. A bioluminescência pode ocorrer de forma artificial, as vezes mais eficiente que a natural.

Nota-se constantes interesse relevantes ao estudo da biologia e bases moleculares da bioluminescência de organismos terrestres e marinhos. Com as constantes descobertas dos mecanismos de bioluminescência e quimioluminescência, vários sistemas químicos e enzimáticos, cederam lugar aos lumi-imunoensaios.

Dessa forma não resta dúvida de que a diversidade química das luciferinas e a identificação do microambiente peptídico do sítio ativo das luciferases reveste-se o caminho para o desenho e síntese de sistemas miméticos mais simples para otimização dos sinais luminosos (cor e intensidade) e operação em ambientes químicos e biológicos dos mais diversos.

Depois de tantos anos de constantes buscas, pesquisas por desvendar “segredos” dos besouros luminescentes especificamente no cerrado brasileiro, ainda restam dúvidas, e inacreditável a complexibilidade de tais fenômenos, a todo momento surgem perguntas a respeitos destes; por exemplo: quantas novas espécies de bioluminescentes é existente em determinada região do País, ou mesmo quais as finalidades de uma variedade de cores existente nesse organismos... Enfim numerosas duvidas surgem a todo instante, a qual biólogos e pesquisadores vivem em constantes pesquisas, por que os organismos estão em constantes evoluções.

REFERENCIAS:

ETEELVINO J.H. Bechara; VADIM R. Viviane. “Luzes Vivas na Escuridão: Fatos e Casos”. Revista Virtual de Química vol.7 n.1, recebido em 25 de Out de 2014; aceito em 25 de Out de 2014. Jan-Fev 2015.p.3 p.40. Disponível em:<http://rvq.sbq.org.br/imagebank/pdf/v7n1a02.pdf>. Acesso em: 7 de Out de 2017.

REDAÇÃO MUNDO ESTRANHO. “ Como o vaga-lume emite sua luz? ”. Mundo Animal; Mundo Estranho; 18 de Abr de 2011. Disponível em:<https://mundoestranho.abril.com.br/mundo-animal/como-o-vaga-lume-emite-sua-luz/>. Acesso em: 10 de Out de 2017.

MARI. “ Como o vagalume emite sua luz? Para que ela serve? ”. CURIOSO.BLOG.BR. 23 de Nov de 2013. Disponível em:<https://www.curioso.blog.br/post/vaga-lume-emite-luz-serve/>. Acesso em: 10 de Out de 2017.

SANTANA A. Paula. “A Lagarta do nariz vermelho.”. Viajando no mundo da ciência. 15 de Jul de 2011; Revista Unesp Ciência. Disponível em:<https://viajandonomundodaciencia.blogspot.com.br/2011/07/lagarta-do-nariz-vermelho.html?m=1>. Acesso em: 10 de Out de 2017.

PAPO DE PRIMATA. “ Bioluminescência ”. Zoologia; 9 de Jul de 2015. Disponível em:<http://papodeprimata.com.br/bioluminescencia/>. Acesso em: 10 de Out de 2017.

FÍSICA E BIOLOGIA. “ Bioluminescência ”. Processo; 15 de Abr de 2010. Disponível em:<http://fisicaebiologia.blogspot.com.br/2010/04/bioluminescencia.html?m=1>.Img:<http://1.bp.blogspot.com/_Xr4R8wz3fi8/S8esq5U0LQl/AAAAAAAAArg/Cr1lkeBvao4/s1600/bioluminescence-luciferin.gif>. Acesso em: 10 de Out de 2017.