Bioluminescência: Luz na Natureza

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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 
(fig.1) 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 h E
hc
  
 
E = energia luminosa (KJ/mol de fótons); h = constante de Planck; 
 = frequência; c = velocidade da luz;  = 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 (fig. 3). 
 
 
 Figura 3: Vias bioquímicas do 
processo de bioluminescência 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.