Vaga-lume adulto da espécie Cratomorphus distinctus lampejando
As fascinantes luzinhas que os vaga-lumes emitem para ‘paquerar’ nas noites de verão vêm acendendo desde tempos imemoriais o coração de crianças, a inspiração de poetas e a curiosidade de cientistas. Os estudos sobre como essa luminescência é produzida estão ajudando a desvendar os mistérios do funcionamento de enzimas, os catalisadores das reações químicas da vida, e ainda iluminando o caminho para novos tratamentos de doenças como o câncer e a Aids.
O Brasil é o país com a maior diversidade de espécies luminescentes no mundo, entre elas vaga-lumes que produzem os mais belos espetáculos da natureza, como as chamadas larvas ‘trenzinho’, que emitem luz em duas cores. Com a devastação das florestas, no entanto, essa esplêndida riqueza está se perdendo.
Recentemente, as enzimas que produzem a bioluminescência verde e vermelha das larvas ‘trenzinho’, chamadas de luciferases, foram clonadas no laboratório do Departamento de Biologia da Universidade Estadual Paulista, em Rio Claro. Elas estão servindo como modelos para a investigação da relação entre a estrutura de enzimas e suas funções catalíticas (de indução ou aceleração de reações químicas) e já começam a ser utilizadas como biomarcadores luminosos em biotecnologia.
A bioluminescência é a emissão de luz fria e visível por seres vivos. É observada em vários organismos, de bactérias até peixes, e constitui uma forma amplificada de um processo mais geral que ocorre em toda célula: a quimioluminescência biológica, que converte em luz a energia de ligações químicas de compostos orgânicos. Esse processo, porém, tem baixa eficiência (relação entre o número de moléculas que reagiram e o número de fótons emitidos) e não é detectável pelo olho humano.
Já na bioluminescência a eficiência de emissão é muito elevada, resultando na produção de sinais luminosos visíveis a outros organismos e, portanto, úteis como meio de comunicação biológica. A bioluminescência pode ser considerada o processo inverso da fotossíntese: nesta, fótons são absorvidos e sua energia é estocada na forma de ligações químicas de compostos orgânicos, enquanto na bioluminescência as ligações desses compostos são quebradas (por oxidações semelhantes às que ocorrem na combustão), com emissão de fótons. Entretanto, diferentemente do que se dá na combustão, na bioluminescência a energia química é convertida de preferência em energia luminosa, em vez de calor.
As reações bioluminescentes envolvem a oxidação de compostos orgânicos, as luciferinas, por oxigênio molecular. Os intermediários peroxídicos (com excesso de energia) formados, altamente ricos em energia, são em seguida quebrados, gerando moléculas-produto, uma delas em estado eletronicamente excitado (de alta energia). Essa molécula então retorna ao estado fundamental (decai), emitindo um fóton . A chave para a eficiência desses processos é sua natureza enzimática: são enzimas – as luciferases – que catalisam tais reações de oxidação. Esses compostos (luciferinas) e enzimas (luciferases) podem variar de um grupo de organismos para outro.
Vadim R. Viviani
Laboratório de Biologia Molecular, Departamento de Biologia,
Universidade Estadual Paulista (Rio Claro)
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