A Luminosidade do Vaga-Lume

vagalumeVaga-lumes ou pirilampos são insetos das famílias Elateridae, Fengodidae ou Lampyridae muito conhecidos por sua bioluminescência, isto é, sua capacidade de produzir e emitir luz. Essas espécies são dotadas de órgãos fosforescentes na parte inferior de seus segmentos abdominais, responsáveis pelas emissões luminosas. A bioluminescência é causada pela transformação da energia química em energia luminosa. Esse processo, chamado de "oxidação biológica", permite que a energia luminosa seja produzida sem que haja a produção de calor.  Esse processo ocorre da seguinte maneira: uma molécula de luciferina é oxidada por oxigênio, ...

formando uma molécula de oxiluciferina; quando essa molécula perde sua energia, emite a luz. Esses insetos possuem total controle sobre a emissão de luz, uma vez que o tecido que provoca essa emissão é ligado à traquéia e ao cérebro do vaga-lume. O inseto usa sua bioluminescência para chamar a atenção de seu parceiro ou parceira, por isso, essa habilidade é muito importante no processo de reprodução dessas espécies. Nesse sentido, a iluminação artificial das cidades, que é mais forte, anula a bioluminescência dos vaga-lumes, afetando diretamente o seu processo de reprodução.

 

Chamando a atenção

 

No entento de chamar a atenção de sua parceira, o vaga-lume acende sua "lanterna biológica". A intensidade, a velocidade e a freqüência dos flashes variam de acordo com a espécie. As cores de suas lanternas oscilam do verde-amarelado ao laranja, passando pelo vermelho, cor emitida por um único grupo de coleópteros que só se pode encontrar no Brasil.(veja as espécies de coleópteros ao lado)

          O fenômeno da luz brilhante é denominado "Bioluminescência" e diversos organismos possuem essa capacidade de emitir luz. Na definição geral, temos que é "o processo em que luz é produzida por uma reação química que origina no organismo". A Bioluminescência é encontrada principalmente no fundo do oceano mas vaga-lumes também possuem esta habilidade.

          Ambos os sexos de vaga-lumes fazem uso de  um padrão de flash específico que pode variar de um estouro curto a uma sucessão flamejante, contínua e longa. Em suma, a lanterna do vaga-lume é essencialmente um dispositivo de namoro; mas como o vaga-lume gera a luz de fato?

          Pesquisadores da Universidade de Tufts, nos Estados Unidos, descobriram que a mesma substância responsável pelo controle da pressão sanguínea que leva à ereção do pênis, o óxido nítrico, (NO) serve de mensageira entre o impulso elétrico emitido pelos neurônios do vaga-lume e o disparo do flash luminoso. Durante os dois anos de pesquisa, os cientistas americanos demonstraram que a lanterna dos vaga-lumes se acende sempre que se estimula a produção do óxido nítrico

 

Como os organismos Bioluminescentes trabalham?


 
          A reação química que faz o emissão de luz é interessantíssima. Além do fato de ser algo que chame nossa atenção, é também interessante que 90 a 96% da energia produzida é convertida em luz, e somente de 4 a 10% é convertida em calor, o inverso de uma lâmpada comum!  Abaixo, as reações esquemáticas representando o que acontece nos fotócitos, células especializadas em reações de emissão de luz como produto. Essas células formam um tecido denominado "lanterna", que está conectado à traquéia e ao cérebro, de modo que o inseto pode controlar, ao seu gosto, quando irá desencadear a reação química.

 

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Neste mecanismo, ocorre a oxidação da luciferina (A) pelo oxigênio molecular, reação esta catalizada pela enzima luciferase, gerando a oxiluciferina (E) mais a luz que é observada por nós. (D) A dioxetanona está como uma etapa intermediária (B e C). Este mecanismo apresenta um alto rendimento quântico de bioluminescência (em torno de 0,90 E mol-1), sendo que essa energia produzida pelo inseto é comumente chamada de "luz fria" devido ao seu alto rendimento.
         
          Analisando a molécula (C), podemos perceber que ela possui os componentes fundamentais para que ocorra uma reação quimioluminescente. Na literatura, a sua presença no processo de bioluminescência é inferida, ou seja, não foi comprovada sua existência experimentalmente, porém ela é necessária par manter a lógica bioquímica do processo.

 

 

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Em síntese, a reação pode ser esquematizada da seguinte maneira:

 

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Aplicações da bioluminescência


          Além da beleza inegável do fenômeno, a molécula luciferina e a enzima luciferase tem aplicação em setores como farmacologia, biologia molecular e alimentação. Abaixo, um quadro mostrando as aplicações.
 

Ficou escuro? O remédio é bom!

 

Implanta-se na bactéria responsável por uma doença o gene que comanda a produção de substância luminescente. Depois, aplica-se o antibiótico. Se continuar brilhando, é porque a bactéria está viva e o remédio não funcionou.

 

Espermatozóide é para bilhar!

 

Quanto mais ATP (adenosina tri-fosfato) houver no espermatozóide, mais ele brilha ao receber a mistura de luciferina e luciferase. Se cintilar pouco, é sinal que a célula tem pouco ATP; fora de forma e, portanto, pouco fértil

 

Comida não pode reluzir...

 

Se ascender, o alimento está estragado. A luminescência indica que há bactérias ativas na comida. É que todo o organismo em atividade tem ATP, que desprende luz quando combinado com a luciferina e a luciferase.

Mito: Bioluminescência é igual a "Fluorescência", (ou "fosforescência" ou "quimioluminescência")
Fato: Todos os termos estão relacionados com a produção de luz por substâncias químicas, mas só bioluminescência é semelhante a quimioluminescência, mesmo assim são termos que devem ser usados em situações diferentes.

A fluorescência é uma forma de fotoluminescência em que a emissão de luz desaparece tão logo cessa a absorção da radiação excitadora. (O tempo de vida de uma fluorescência é da ordem de 10-8 s).

Fosforescência é semelhante a fluorescência sendo que o produto excitado é mais estável, de forma a demorar mais tempo (de um microsegundo até minutos) até que a energia seja liberada totalmente. Esse fenômeno está relacionado com o fato dos interruptores de tomada em sua casa brilharem no escuro. Em seu polímero, são colocados pigmentos de fósforo, um elemento que possui propriedades fosforescentes. Não é por nada que o nome "fósforo", elemento químico de número atômico 15, vem do grego, phosphoros, que significa "aquele que brilha", ou "o que conduz, traz a luz".

Quimioluminescência é um termo geral para produção de luz quando a energia de excitação é proveniente de uma reação química (ao invés da absorção de fótons, em fluorescência).

Bioluminescência é a denominação de um fenômeno de  quimioluminescência onde a reação química é realizada em um organismo, como o vaga-lume por exemplo.


 
Brilho do vaga-lume é usado na luta contra o câncer

 

A substância química que faz os vaga-lumes brilharem no escuro pode ajudar os médicos a identificar o desenvolvimento do câncer de próstata.

Até agora, o teste mais usado para constatar a presença do câncer de próstata é o PSA, na sigla em inglês, (Antígeno Prostático Específico), que testa a presença de químicos liberados pelo tumor.

Tomografias computadorizadas e biópsias também podem ajudar a acompanhar a evolução da doença e possíveis metástases (expansão do tumor para outros órgãos do corpo).

Mas uma equipe da Universidade da Califórnia (UCLA), em Los Angeles, acredita que a técnica pode ser aprimorada: eles estão usando um vírus geneticamente modificado que busca apenas células cancerosas.

 

Brilho

 

O vírus carrega a substância que faz os vaga-lumes brilharem e através de um sistema de alta tecnologia de imagens, as células cancerosas podem ser "vistas" e a expansão do tumor acompanhada.

Lily Wu, professora de urologia e pediatria da UCLA, afirma que "uma vez que se sabe onde o câncer está, fica mais fácil saber como tratá-lo".

"É muito melhor do que tratar todo o corpo com quimioterapia", explica, completando que "ao iluminar as células cancerosas, podemos saber onde ele está".

No estudo da UCLA, ratos com tumores receberam injeções do vírus e, três semanas depois, câmeras puderam localizar pequenos grupos de células na coluna vertebral e nos pulmões dos ratos.

Wu conta que o próximo passo será usar o vírus para atacar as células do câncer de próstata, ao invés de somente espalhar o brilho dos vaga-lumes.

 

Problemas

 

Um porta-voz da instituição de caridade Prostate Cancer Charity acredita que "vão demorar vários anos para sabermos se esta vai ser uma revolução ou mais uma idéia que não deu certo".

Segundo o porta-voz, os pesquisadores têm dois problemas básicos: conseguir uma técnica de visualização de alta tecnologia que funcione no corpo humano e desenvolver um tratamento baseado em terapia genética.

Uma solução para o problema das imagens seria a nova geração de scanners para tomografias que emitem pósitrons (PET - Positron Emission Tomography).

 

Fonte: http://mundoeducacao.uol.com.br/curiosidades/a-luz-vagalume.htm
           http://www.ucs.br/ccet/defq/naeq/material_didatico/textos_interativos_26.htm
           http://www.bbc.co.uk/portuguese/ciencia/020723_vagalumecb.shtml

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