Animal marinho possuidor de bioluminescência.
A bioluminescência é a emissão de luz fria e visível por organismos vivos. Ela ocorre em variados organismos (bactérias, fungos, algas, celenterados, moluscos, artrópodes, peixes), principalmente no ambiente marinho. No ambiente terrestre ela ocorre em fungos, anelídeos, moluscos e principalmente nos insetos. Ela serve principalmente para finalidades de comunicação biológica.
Na bioluminescência há uma transdução quimiofísica, ou seja, uma transformação de energia química em energia luminosa. A bioluminescência é gerada por reações químicas altamente exotérmicas, catalisadas enzimaticamente, nas quais a energia das ligações químicas de compostos orgânicos é convertida preferencialmente em luz visível. Nestas reações, moléculas genericamente denominadas de luciferinas são oxidadas por oxigênio, produzindo moléculas eletronicamente excitadas que decaem emitindo luz. Estas reações são catalisadas por enzimas chamadas de luciferases.
No caso dos vaga-lumes e águas-vivas noctilucas, a produção de luz está principalmente na reação em que uma enzima denominada luciferase oxida o substrato da proteína luciferina, consumindo uma molécula de ATP. A molécula de luciferina, agora excitada energeticamente, libera essa energia química na forma de energia luminosa.
Vaga-lume e a reação onde a Luciferina (A), presente no organismo do vaga-lume, é oxidada por oxigênio molecular e essa reação é catalisada pela enzima luciferase, dando origem a oxiluciferina (E), + a luz que conseguimos enxergar.
Darwin e o mar de luz
Charles Darwin, o pai da Teoria da Evolução, foi um dos primeiros cientistas modernos a documentar o processo de bioluminescência. Na noite de janeiro de 1832, próximo à costa de Tenerife, na Espanha, o jovem Darwin vagava pelo convés do navio HMS Beagle. Enquanto olhava distraído para o mar, foi surpreendido por um brilho sobrenatural vindo de dentro do oceano.
“O mar estava iluminado por inúmeros pontinhos que, no rastro do navio, deixavam uma cor levemente leitosa, quase uniforme”, escreveu Darwin. Posteriormente se entendeu que os protozoários Noctiluca e Gonyaulax, são responsáveis pela luminescência da água do mar quando esta é perturbada pela passagem de um peixe ou por agitação das ondas.
Mar com protozoários possuidores de bioluminescência.
Novos Caminhos
As proteínas da bioluminescência já foram usadas como ferramentas na descoberta de novos medicamentos e têm sido aplicadas amplamente na pesquisa biomédica, em que são usadas para estudar os processos biológicos das células vivas. Mas agora, muitos cientistas estão tentando aplicar os conceitos dessa “luz natural” em atividades como a melhoria do cultivo de alimentos, a detecção de poluição e até mesmo a iluminação pública. Uma das ideias, por exemplo, é desenvolver árvores que emitam luz e, dessa forma, possam ser usadas para iluminar as ruas das cidades.
O professor Anthony Campbell, da Universidade de Cardiff, no País de Gales, realizou uma pesquisa pioneira durante os anos 1970 e 1980, levando à descoberta de que criaturas vivas produzem luz usando enzimas especiais, chamadas luciferases. Essas enzimas participam de uma reação química nas células, que são responsáveis pela emissão de luz.
Campbell percebeu que, combinando luciferases com outras moléculas, era possível aproveitar a emissão de luz para mensurar processos biológicos. Isso pavimentaria o caminho para uma revolução na pesquisa médica e no diagnóstico clínico. Campbell identificou, por exemplo, que, ao unir a enzima da luminescência a um anticorpo – ou seja, a molécula produzida pelo sistema imunológico humano para autoproteção –, podia diagnosticar uma doença. Isso permitiu aos médicos dispensar os marcadores radioativos que até então eram usados nos testes.
“Esse mercado é agora avaliado em 20 bilhões de libras (R$ 65 bilhões). Qualquer um que vá a um hospital e se submeta a um exame de sangue que meça proteínas virais, proteínas do câncer, hormônios, vitaminas, proteínas de bactérias ou drogas certamente estará usando essa técnica”, afirmou Campbell à BBC.
Campbell também diz que o potencial das proteínas luminescentes na descoberta de novas drogas e na pesquisa médica ainda não foi totalmente aproveitado e, por isso, ele está atualmente colaborando com um projeto para usar a substância luciferase em uma investigação sobre a doença de Alzheimer.
Colônias de bactérias produtores de bioluminescência.
E mais possibilidades
Uma companhia americana recorreu ao processo de bioluminescência para produzir bebidas brilhantes e vendê-las em casas noturnas. Outros pesquisadores chegaram a modificar plantas para que possam emitir luz. Assim, elas podem indicam quando precisam de água ou nutrientes, quando têm algum sinal de doença ou uma infestação.
No entanto, a controvérsia em torno dos alimentos transgênicos até agora fez com que essas ideias não alçassem voos mais altos. Há alguns anos, uma equipe de estudantes de graduação da Universidade de Cambridge pesquisou a ideia de árvores luminescentes que atuam como “luminárias” naturais.
Esforços anteriores de criar em laboratório plantas que emitem luz se concentraram em usar o gene luciferase derivado de vaga-lumes. Mas essas plantas só podiam produzir luz quando alimentadas com uma substância química cara chamada luciferina.
O método usado pela equipe de Cambridge, entretanto, baseou-se em agrupamentos de bactérias que produzem seus próprios compostos de bioluminescência e que, por isso, é mais barato, porque permite às plantas se alimentarem de nutrientes normais.
As criaturas bioluminescentes também podem fornecer meios para estudar as mudanças climáticas nos oceanos. Alguns animais obtêm os compostos químicos responsáveis pela emissão de luz de outros organismos dos quais se alimentam. Assim, o estudo das interações entre essas espécies pode ajudar os cientistas a detectar alterações nas faunas marinhas.
Referências Bibliográficas:
BURGGREN, Warren, FRENCH, Kathleen, RANDALL, David. Traduzido por: MENEZES, Carlos Eduardo Lobato de, MOURA, José Luiz de, PAULINO, Maria de Lourdes Mendes Vicentini, RUBIO, Carlos Roberto, VEIGA, José Alberto da Silva. Fisiologia Animal: Mecanismos e Adaptação. Guanabara Koogan: Rio de Janeiro, 2000.
CARNEIRO, J., JUNQUEIRA, L. C. U.. Biologia Celular. Guanabara Koogan: Rio de Janeiro, 1977.
http://www.brasilescola.com/quimica/diferenca-entre-fluorescente-fosforescente.htm