A Bioluminescência na Bioquímico

Guião projeto de física

• Slide 1 – Introdução

Boa tarde a todos, eu sou a Joana Trindade e as minhas colegas são a Mafalda Dias e a Telma Olival e estamos aqui presentes para vos apresentar o Miniprojeto realizado no âmbito da Unidade Curricular de Física Geral, cujo o tema que escolhemos foi a Bioluminescência.

Penso que todos nós já ouvimos falar de animais que brilham no escuro, nomeadamente pirilampos, que são os seres mais facilmente observáveis. Mas já se perguntaram como este fenómeno biológico acontece, e em que consiste? Bem, caso a resposta seja não, o objetivo deste projeto será dar-vos a oportunidade de se consciencializarem sobre o tema, sendo que iremos explicar o processo, a finalidade do mesmo, os seres vivos que são dotados desta característica e de que modo se relaciona com a física.

• Slide 2 – Luminescência

Primeiramente, vamos falar um pouco sobre a luminescência no geral. A luminescência é o fenómeno que consiste na emissão de luz por uma substância quando esta é submetida a um determinado estímulo. Está dividida em várias categorias entre elas a quimioluminescência.

A quimioluminescência consiste, basicamente,  na emissão de luz por meio de uma reação química. Por sua vez, esta dividi-se em eletroquimioluminescência e bioluminescência, sendo este último o tema deste projeto.

• Slide 3 – Definição geral

De um modo geral, a bioluminescência consiste na produção e emissão de luz visível e fria (que significa que menos de 20% da luz gera calor) por organismos vivos. Esta emissão é gerada por reações químicas exotérmicas que são catalizadas por enzimas, levando à ocorrência de uma transdução quimiofísica. Por outras palavras, é gerada por uma tranformação de energia química em energia luminosa, que posteriormente iremos aprofundar.

Este fenómeno é observado especialmente em seres marinhos, em zonas de maior escuridão, embora seja também encontrado em espécies terrestres. É, portanto, característica de vários tipos de organismos, desde os mais simples como, por exemplo, bactérias, algas e fungos, até aos mais complexos como, por exemplo, insetos e peixes.

• Slide 4 – Pirilampos como seres bioluminescentes

Iremos agora utilizar o pirilampo como meio de explicação mais detalhada do fenómeno.

A produção de luz por estes insetos deve-se à existência de orgãos luminosos localizados na parte inferior dos segmentos abdominais, onde existem células produtoras de uma enzima oxidante denominada luciferase. Esta enzima cataliza a interação entre oxigénio e uma nucleoproteína, retirada de nutrientes, designada luciferina que, na reação em questão, possui o nome de substrato. Da interação resulta a oxidação deste composto e consequente formação de oxiluciferina, em estado excitado. Ao longo da reação são também consumidas moléculas de ATP.

Esta reação térmica é exotérmica, no entanto, a energia produzida não é térmica. Como tal, a perda de energia acumulada nas ligações da oxiluciferina, quando os eletrões se desexcitam, tranforma-se em radiação eletromagnética., ou seja, luz.

A cor que se reflete depende do arranjo de moléculas de luciferina e, no caso do pirilampo, é amarela, embora possa variar pois existem várias espécies deste inseto.

No caso dos pirilampos, trata-se de um mecanismo de defesa contra os seus predadores e de reprodução, visto que é uma forma de atrair o sexo oposto.

• Slide 5 – Imagens consolidadoras

 E para consolidar o que acabei de explicar, temos este esquema que representa de forma mais simplificada o sistema luciferina-luciferase e a oxidação da luciferina, levando à produção da luz. O segundo esquema, por sua vez, apresenta o fenómeno da bioluminescência nos pirilampos, contendo algumas curiosidades como facto de ser controlado pelo sistema nervoso e como o brilho influencia no acasalamento da espécie.

• Slide 6 – Algas

O sistema luciferina-luciferase varia de ser vivo para ser vivo visto que existem diferentes tipos de luciferinas que usam diferentes vias metabólicas para emitir luz.

Por exemplo, alguns organismos têm a capacidade de sintetizar luciferina por conta própria, como é o caso das algas bioluminescentes. Certas algas, como é o caso das plântónicas unicelulares dinoflageladas, aquando da agitação das águas, libertam fótões de luz provenientes da reação química anteriormente falada e deixam a maré brilhante, com uma tonalidade verde-azulada.

Em algumas praias da Austrália, o mar brilha devido à presença de um microrganismo chamado “noctiluca scintillans” ou brilho do mar, que emite luz como um mecanismo de autodefesa.

• Slide 7 – Água-viva

Outro exemplo,  são os organismos que não utilizam a enzima luciferase nas reações bioluminescentes, tratando-se de exceções uma vez que a maioria das reações em questão envolvem o sistema luciferina-luciferase. Nestes casos, essas reações envolvem um produto químico chamado fotoproteína. As fotoproteínas combinam-se com luciferinas e oxigénio, mas precisam de outro agente, muitas vezes um íon do elemento cálcio, para produzir luz.

Exemplo disso temos as  Medusas ou águas-vivas  que são invertebrados que consistem de um material gelatinoso. São encontrados em ambos os habitats marinhos e de água doce. As medusas normalmente alimentam-se de dinoflagelados e de outras algas microscópicas e ovas de peixe.

A Medusa tem a capacidade de emitir luz azul ou verde. Um número de espécies diferentes usa a bioluminescência principalmente para fins de defesa. A emissão de luz é tipicamente ativada pelo toque, que serve para assustar predadores. A luz também faz predadores tornarem-se mais visíveis e podem atrair outros organismos que se alimentam de medusas predadores.

• Slide 8 – Peixe pescador

O peixe pescador é uma espécie de peixe-sapo existente no nordeste do Atlântico, sendo que alguns destes animais podem apresentae orgãos luminosos. Esta luz é forada por uma bactéria (Photobacterium) que estabelece uma relação simbiótica com o peixe. A photobactrium deve crescer num local com alta densidade celular, bem como num orgão especializado. À medida que as células aumentam em número, libertam um sinal quimico chamado autoindutor. O sinal difunde-se facilmente pela membrana celular da bactéria e é excretado para o meio extracelular, dentro do orgão. Quando uma quantidade suficiente desse sinal é acumulada, a população de bactérias, presentes no orgão do peixe, é ativada para transcrever genes que codificam bioluminescência. Quando existente, a estrurura bioluminescente encontra-se na extremidade da haste. A sua agitação, é um mecanismo utilizado por este animal, para atrir as suas presas, rentabilizando o processo de caça.