Bioluminescência de Artrópodes

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE - CCBS
DEPARTAMENTO DE ECOLOGIA E BIOLOGIA EVOLUTIVA - DEBE
Camila Dias Berbert - RA: 743651
Carmen Cris de Oliveira Nobre Bezerra - RA: 743654
Karoline Bernardo Rodrigues Pereira
Mariana Vitorino de Carvalho - RA: 743772
Ana Júlia Fernandes - RA: 743620
BIOLUMINESCÊNCIA DE ARTRÓPODES
São Carlos - SP
2018
Sumário
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 História . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3 Como ocorre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4 Artrópodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4.1 Vagalumes (Familia Lampyridae): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4.2 Besouro de Fogo (Genero: Pyrophorus): . . . . . . . . . . . . . . 5
4.3 Railroad worm (Gênero: Phrixothrix; Família: Phengodidae) . . . 5
4.4 New Zealand glowworm (Genero: Arachnocampa) . . . . . . . . . 5
5 Aplicações biotecnológicas da bioluminescência . . . . . . . . . 7
5.1 Imagens in vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5.2 Plantas bioluminescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6 Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
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1 Introdução
A bioluminescência é a emissão de luz fria realizada por diversos tipos de
organismos vivos. No ambiente terrestre ela existe em bactérias, fungos, anelídeos,
moluscos e principalmente nos artrópodes. O Brasil é o país que abriga a maior
biodiversidade de organismos bioluminescentes do mundo, incluindo besouros, fungos
e espécies marinhas.
Ela é muito utilizada como biomarcador molecular e auxilia em estudos com
análises de expressões gênicas, além de conter aspectos evolutivos relacionados à
comunicação biológica nos processos de acasalamento e pode ter função também de
atrair presas e confundir possíveis predadores.
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2 História
A luciferina (ácido carboxílico complexo) e a enzima luciferase foram descobertas
na década de 1950, a partir de milhares de vagalumes que foram coletados por crianças
em Baltimore e nos seus arredores.
William David McElroy e colaboradores isolaram os principais componentes
bioquímicos responsáveis pela bioluminescência e com isso descobriram que a geração
de luz requer a ativação da luciferina por meio de uma reação enzimática envolvendo a
clivagem de pirofosfato do ATP para formar luciferil-adenilato. Na presença de oxigênio
molecular e luciferase, a luciferina sofre descarboxilação oxidativa, um processo que
ocorre em várias etapas, formando oxiluciferina. A partir disso, há emissão de luz.
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3 Como ocorre
Ela é resultado de atividades bioquímicas que envolvem reações altamente
exotérmicas onde a energia contida nas ligações moleculares de compostos orgânicos
é convertida em luz, ou seja, há transformação de energia química em energia luminosa.
Figura 1 – As moléculas denominadas luciferinas são oxidadas pela atividade catalítica da
enzima luciferase, produzindo moléculas eletronicamente excitadas que decaem
produzindo os espetáculos de luz.
As moléculas denominadas luciferinas são oxidadas pela atividade catalítica
da enzima luciferase, produzindo moléculas eletronicamente excitadas que decaem
produzindo os espetáculos de luz.
Figura 2 – Reação
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4 Artrópodes
4.1 Vagalumes (Familia Lampyridae):
São besouros que emitem, na sua parte inferior abdominal, bioluminescência,
capaz de piscar. Esse processo é uma forma de atração sexual, assim como também
meio de defesa.
No Brasil, podem ser encontradas larvas de vagalume que emitem a lumines-
cência no Parque Nacional das Emas (GO), em períodos de chuvas, logo após o mês
de outubro.
4.2 Besouro de Fogo (Genero: Pyrophorus):
Diferentemente dos vagalumes, eles não piscam, mas permanecem constan-
temente acesos (embora possam controlar a intensidade; por exemplo, eles ficam
mais claros quando tocados por um predador em potencial). Eles têm dois pontos
luminescentes nos cantos posteriores do pronoto e outro ponto mais brilhante na região
dorsal do abdome. Este ponto é ainda mais brilhante e só pode ser visto quando em
vôo. Os besouros de clique bioluminescentes são encontrados em toda a América
tropical e subtropical, incluindo o Texas e a Flórida.
4.3 Railroad worm (Gênero: Phrixothrix; Família: Phengodidae)
Um verme ferroviário é uma fêmea adulta larviforme de um besouro, caracte-
rizada pela posse de duas cores diferentes de bioluminescência. Tem a aparência
de uma lagarta. Os onze pares de órgãos luminescentes em seu segundo segmento
torácico através de seu nono segmento abdominal podem brilhar em verde-amarelado,
enquanto o par em sua cabeça pode brilhar em vermelho; isso é provavelmente de-
vido a diferentes luciferases em seus corpos, já que o substrato da reação, chamado
luciferina, é o mesmo.
O nome “verme ferroviário” surge porque esses pontos brilhantes ao longo
do corpo lembram as janelas dos vagões de trem iluminados internamente à noite.
Acredita-se que as emissões de luz sejam um sinal de alerta para os predadores
noturnos de sua impalatabilidade.
4.4 New Zealand glowworm (Genero: Arachnocampa)
São espécies de mosca que possuem um estágio larval luminescente, seme-
lhante ao estágio larval dos besouros do pirilampo. Uma larva faminta brilha mais que
Capítulo 4. Artrópodes 6
a que acabou de comer, o que atrai a presa. O macho para de brilhar alguns dias
antes de emergir, enquanto o brilho da fêmea aumenta (acredita-se q seja para atrair o
macho para acasalamento)
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5 Aplicações biotecnológicas da bioluminescência
5.1 Imagens in vivo
Com o uso da bioluminescência, pesquisadores podem injetar células marcadas
com luciferase em organismos modelos e obter imagens em tempo real de como as
células tumorais agem e elucidar mecanismos de migração e diferenciação celular.
Outra aplicação é a injeção das células imunológicas marcadas com a luciferase
em modelos animais, permitindo maior compreensão de como determinadas doenças
são combatidas pelo sistema imunológico. É um método minimamente invasivo, de
baixo custo e fácil reprodutibilidade, tornando-se uma das principais formas de se obter
imagens in vivo atualmente.
5.2 Plantas bioluminescentes
Pesquisadores do MIT desenvolveram um sistema em que plantas incorporam
nanopartículas de sílica contendo a enzima luciferase em suas folhas, emitindo a
luminescência. O objetivo da pesquisa é desenvolver plantas que futuramente possam
substituir os abajures, gerando luz sem a necessidade de uma fonte de energia elétrica.
Para que isso fosse possível, os pesquisadores encapsularam a enzima lucife-
rase e o substrato luciferina em nanopartículas de sílica, que foram colocadas em uma
solução com a planta para que essa absorvesse as nanopartículas.
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6 Referências
BIOTA DO FUTURO. Bioluminescência. Disponível em: <https://www.biotadof
uturo.com.br/bioluminescencia/>. Acesso em: 01 nov. 2018.
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organismos vivos. Disponível em: <https://www.engquimicasantossp.com.br/2018/01
/luciferina-luciferase-producao-luz-organismo-vivo.html>. Acesso em: 01 nov. 2018.
FAPESP. Bioluminescência de artrópodes: diversidade biológica em bio-
mas brasileiros; origem bioquímica; evolução estrutural/funcional de lucifera-
ses; diferenciação molecular das lanternas; aplicações biotecnológicas, ambien-
tais e educacionais. Disponível em: <http://www.bv.fapesp.br/pt/auxilios/96388/biolu
minescencia-de-artropodes-diversidade-biologica-em-biomas-brasileiros-origem-bioqu
imica-evol/>. Acesso em: 27 out. 2018.
FARIAS, Florence M. Cordeiro De. GFP: Uma Ferramenta Brilhante para a
Visualização da Vida. Revista Virtual de Química, [S.L], v. 1, n. 1, p. 2-9, fev. 2018.
JOHN INNES CENTRE. Green fluorescentprotein (gfp). Disponível em: <htt
ps://www.jic.ac.uk/microscopy/more/t5_9.htm>. Acesso em: 03 nov. 2018.
LEHNINGER, Albert; COX, Michael M.; NELSON, David L.. Princípios de
bioquímica. 6 ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
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Disponível em: <http://profissaobiotec.com.br/aplicacoes-biotecnologicas-da-biolumine
scencia/>. Acesso em: 05 nov. 2018.
REPOSITÓRIO INSTITUCIONAL UNESP. Aspectos comparativos das luci-
ferases ph-insensitivas de pyrearinus termitilluminans (coleoptera: elateridae)
e phrixotrix spp (coleoptera: phengodidae): expressão, purificação e proprieda-
des do sítio ativo. Disponível em: <https://repositorio.unesp.br/handle/11449/100566
>. Acesso em: 01 nov. 2018.
UNIVERSITY OF BRISTOL. Green fluorescent protein. Disponível em: <http:/
/www.chm.bris.ac.uk/motm/gfp/gfph.htm>. Acesso em: 02 nov. 2018.
	Sumário
	Introdução
	História
	Como ocorre
	Artrópodes
	Vagalumes (Familia Lampyridae):
	Besouro de Fogo (Genero: Pyrophorus):
	Railroad worm (Gênero: Phrixothrix; Família: Phengodidae)
	New Zealand glowworm (Genero: Arachnocampa)
	Aplicações biotecnológicas da bioluminescência
	Imagens in vivo
	Plantas bioluminescentes
	Referências