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Bioluminescência

Bioluminescência é a emissão de luz visível derivada da liberação química de fótons. A bioluminescência obedece a várias funções biológicas: comunicação interespecífica (para vagalumes, vários peixes e poliquetas do gênero Odontosyllis), proteção do ataque (para o crustáceo Cypridina e cefalópodos), atração de presas (no peixe sapo Porichthys notatus) e iluminação dos arredores (no peixe lanterna Photoblepharon sp.). Além das diferentes utilizações, a bioluminescência tem também diversos padrões de produção pelos organismos, sendo que ela pode ser de origem bacteriológica (simbiose) ou ser produzida pelo próprio animal de forma extra ou intracelular. Como um exemplo de bioluminescência, vemos o protozoário dinoflagelado Pyrodinium bahamenese presente nas águas da costa caribenha que cria um fenômeno magnífico, conhecido como “Baia Bioluninescente”.

A amplitude filogenética ainda difusa da distribuição entre os animais bioluminescentes indica uma provável evolução independente entre estes diversos grupos de organismos. Isto é mais evidente não só pelos diferentes usos para a bioluminescência, mas principalmente pelo mecanismo bioquímico por trás destas reações produtoras de luz.

A energia liberada sob a forma de luz por bioluminescência pode ser calculada pela fórmula:

E = energia luminosa (KJ/mol de fótons); h = constante de Planck;

ν = freqüência; c = velocidade da luz; λ = comprimento de onda (nm). 

Mecanismo da Bioluninescência 

Bioluminescência ocorre quando alguma parte da energia química de reações bioquímicas é liberada na forma de fótons de luz e não na forma de calor. Esta conversão de energia química para luz é devida principalmente à estrutura altamente "forçada" de proteínas chamadas Luciferinas (substrato das reações luminescentes), normalmente com ligações peróxido. A luz é emitida quando esta molécula passa deste estado de alta excitação para um estágio menos excitado. Os diferentes organismos bioluminescentes possuem diferentes tipos de luciferinas que usam em diferentes vias metabólicas para liberar luz.

Nas reações de bioluninescência a enzima que cataliza a reação é chamada de Luciferase. Tanto a luciferina quanto a luciferase variam bastante de configuração nos diversos animais, mas uma característica que é comum às diversas vias de bioluminescência é o fato de que em todas ocorre uma reação de oxidação da luciferina.

A luciferina de uma bactéria bioluminescente é um complexo formado por uma flavoproteína (FMNH2) e um aldeído de cadeia longa (R-CHO; R maior que 6 carbonos). O complexo FMN-RCHO é oxidado para FMN e ácido carboxílico, na presença de luciferase e oxigênio, produzindo água e liberando fótons de comprimento de onda máximo de 480nm. 

Vias bioquímicas do processo de bioluminescência das bactérias

A bioluminescência de um cnidário antozoário do gênero Renilla requer oxigênio, mas não ATP. A oxidação da oxiluciferina libera luz. Em alguns cnidários, incluindo Renilla, a emissão de luz é verde (comprimento de onda máximo de 510 nm) no animal livre na natureza, mas a emissão é azul (comprimento de onda máximo de 470 nm) no animal em cativeiro.

Proteínas cálcio-ativadas emitem luz em presença de íons cálcio. Exemplos são a aequorina de um hidrozoário Aequorea e mnemiopsina de um ctenóforo  Mnemiopsis. O oxigênio é incorporado na estrutura dessas proteínas durante a sua síntese, não sendo necessário oxigênio para o processo luminescente. O modelo de cálcio-ativado bioluminescência de aequorina e mnemiopsina é essencialmente idêntico ao da Renilla, exceto pela pré incorporação do oxigênio e pelo papel excitatório do cálcio iônico.

Uma série muito diferente de reações requerendo ATP é vista em insetos luminescentes, como nos vagalumes (família Lampyridae).  A forma reduzida da luciferina combina com ATP na presença de luciferase para formar um complexo luciferil-adenilate. Esse complexo, então, se decompõe para produzir a luciferina oxidada, gás carbônico e luz (comprimento de onda máximo de 560 nm).

Apesar dos vários estudos já realizados com bioluminescência, as observações feitas não confirmam se a luciferina é mesmo a molécula fóton-produtora ou se o produto da reação luciferase-luciferina pode reagir, futuramente, com outras moléculas para produzir a luz visível.

Autoria: Valdir Dias Júnior


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