Biluminescência A Química do Vaga-Lume, Trabalhos de Química

Baixe Biluminescência A Química do Vaga-Lume e outras Trabalhos em PDF para Química, somente na Docsity! COLÉGIO TÉCNICO UNIVAP VILLA BRANCA - JACAREÍ BIOLUMINESCÊNCIA: A QUÍMICA DO VAGA-LUME INGRID ALMEIDA LIMA THÁBATA NOGUEIRA DA SILVA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado de Técnico em Química COLÉGIO TÉCNICO UNIVAP VILLA BRANCA - JACAREÍ BIOLUMINESCÊNCIA: A QUÍMICA DO VAGA-LUME INGRID ALMEIDA LIMA THÁBATA NOGUEIRA DA SILVA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado de Técnico em Química Orientadora: Profº. MSc. Andressa Boschetti Jacareí — SP 2008 Dedicamos esse trabalho aos nossos pais aos quais agradecemos a vida e o amor que nos dedicaram, são eles que merecem aplausos, por acompanharem nossos passos e por torcerem pelo nosso sucesso! Amamos vocês! AGRADECIMENTOS Eu Ingrid tenho certeza que para chegar até aqui, muitas pessoas foram essenciais. E guardo a certeza de que todas elas são presentes de Deus na minha vida. Por isso, o primeiro e maior agradecimento só poderia ser a ELE, princípio, meio e fim de todas as coisas; grande amparo, apoio, sustento! Agradeço à minha família, meu pai Erivan, minha mãe Delmina e meu irmão Diego, por estarem a postos sempre que precisei e por todo o esforço que me deram. A todos meus tios, tias e primos, que são muitos, seria injusto lembrar de uns e esquecer de outros quando todos são importantes. Aos meus avôs, José (in memorian) e Maria, por serem exemplos de vida. A professora Andressa Boschetti minha querida orientadora, que sempre esteve ali nas horas em que mais precisei. Ao Professor Etelvino Bechara, da USP, que mesmo sem me conhecer foi pronto a me ajudar, mandando pelo correio o reagente necessário para a experiência. A minha prima Aline Gonçalves de Moraes que gentilmente aceitou participar da nossa banca examinadora. Ao nosso suplente professor Julio Cesar Moreira, e ao professor Iuri Rojalmn da Silva por todo apoio dado. Ao professor Paulo César de Souza Grillo pela força e espontaneidade, ajudando-nos a realizar a experiência. Obrigada a todos os professores e amigos que mesmo indiretamente tiveram a paciência de me dar dicas e orientações. AGRADECIMENTOS Eu Thábata acredito que para chegar até aqui, precisei de muita ajuda. E nem por isso, em momento algum, pensei em desistir. E tenho certeza que nada que fiz, foi em vão. Tenho que agradecer primeiramente à DEUS, por ter colocado pessoas maravilhosas na minha vida. E agradeço principalmente a meu pai Sidney e a minha mãe Maricelia por terem me ajudado, pelo o apoio e conselhos que me derem todo esse tempo. Agradeço a meus irmãos Thiago e Thayna. A todos que fazem parte da minha família, não só os de sangue, mas também os verdadeiros amigos que conquistei e que sempre estiveram dispostos a me ajudar. A minha querida orientadora Professora Andressa Boschetti que estava sempre presente quando eu precisei dela. Por todo apoio dado pelos professores Iuri Rojalm da Silva e Julio César Moreira nosso suplente. Pela ajuda ao realizar a experiência, do professor Paulo César de Souza Grillo. Agradeço então aos amigos, professores e todos aqueles que se puseram a me ajudaram diretamente ou indiretamente quando precisei. LISTA DE TABELAS TABELA 1: REAGENTES E MATERIAIS UTILIZADOS... LISTA DE FIGURAS FIGURA 1: FLUXOGRAMA DE PROCESSOS DE EMISSÃO DE LUZ... 17 FIGURA 2: FUNCIONAMENTO DA —BIOLUMENESCÊNCIA — ATRAVÉS DO COMPORTAMENTO DA LUCIFERINA E LUCIFERASE........... si eeiseemntne 22 FIGURA 3: DIFERENTES ZONAS DOS OCEANOS RELACIONADAS À PROFUNDIDADE... tease ateste araras careaa neta arara career enterra eee era tan 23 FIGURA 4: ATIVIDADE DOS PLÂNCTONS NO OCEANO, NA COSTA LESTE DA ÁFRICA, DESCOBERTA EM 2005. UM "MAR LUMINOSO" DE 15.000 KM? VISÍVEL DO ESPAÇO......... 27 FIGURA 5: BIOLUMINESCÊNCIA, VISTA NO ESCURO, DE UM COGUMELO DO GÊNERO MYCENA...... teima eee tear aaa taeea area cara aaae aaa aaa cara aaae ara caa arara aaa araras cara eereaers cura eereaenito 28 FIGURA 6: VAGA-LUMES: FASE ADULTA E FASE LARVAR. 28 FIGURA 7: "CUPINZEIRO ILUMINADO" POR OVOS DE VAGA-LUMES.......... 30 FIGURA 8: REPRESENTANTE DA FAMÍLIA DOS FENGODÍDEOS, CONHECIDO COMO O "TRENZINHO QUE ILUMINA O DORSO", (B) REPRESENTANTE DA FAMÍLIA DOS LAMPIRÍDEOS, O VAGA-LUME NORMAL COM O "BUMBUM QUE BRILHA” E (C) REPRESENTANTE DA FAMÍLIA DOS ELATERÍDEOS, O PIRILAMPO, COM LANTERNA NA [67.051 5107. VR 35 FIGURA 9: DIFERENÇA DE TAMANHOS ENTRE A FÊMEA, O MACHO E A LARVA DO VAGA-LUME DA ESPÉCIE LAMPYRIS NOCTILUCA....... aiii 37 FIGURA 10: MECANISMO DE REAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE BIOLUMINESCÊNCIA DO VAGA-LUME: OCORRE OXIDAÇÃO DA LUCIFERINA (A) PELO OXIGÊNIO MOLECULAR, GERANDO OXILUCIFERINA (E) E LUZ. A DIOXETANONA (D) ESTÁ PRESENTE COMO UM COMPOSTO INTERMEDIÁRIO (B OU C)........... aeee 39 FIGURA 11: FÓRMULA ESTRUTURAL DA MOLÉCULA DE ATP (ADENOSINA TRIFOSFATO).......... tetas trees atae aee ne acatar arena rare na racer arenas 40 FIGURA 12: FÓRMULA ESTRUTURAL DA MOLÉCULA D (DIOXETANONA) PRESENTE NA REAÇÃO DE PRODUÇÃO DE LUZ PELO VAGA-LUME (FIGURA 10)... 40 FIGURA 13: ESQUEMA RESUMIDO DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIOLUMINESCÊNCIA REALIZADO PELO VAGA-LUME........iii ias 41 FIGURA 14: FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE LUZ ATRAVÉS DO MATERIAL BIOLUMINESCENTE RETIRADO DE VAGA-LUMES..........teea 47 FIGURA 15: FOTOGRAFIA DE UM VAGA-LUME, AINDA COM VIDA, UTILIZADO NO EXPERIMENTO PARA A PRODUÇÃO DE BIOLUMINESCÊNCIA............iis 48 FIGURA 16: FOTOGRAFIA DO PROCESSO DE MACERAÇÃO DAS LANTERNAS DE VAGA- PP 6) Y/ | 48 15 2. OBJETIVOS Compreender o processo de bioluminescência focado, especificamente, na luz que é produzida pelo organismo de um inseto com uma reação bioquímica que libera muita energia. Esse processo, chamado “oxidação biológica", permite que a energia quimica seja convertida em energia luminosa sem que haja produção de calor, ou seja, produção de luz fria. Produzir em laboratório, através do uso de lanternas de vaga-lumes e ATP, a luz fria (bioluminescência). 16 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3.1. LUZ A luz é uma forma de energia que se propaga nos meios materiais e também no vácuo. As fontes de luz se classificam em dois tipos: fontes de luz primárias e fontes de luz secundárias. São consideradas fontes de luz primárias, os corpos luminosos que emitem luz própria como, por exemplo, o Sol, uma lâmpada elétrica incandescente ou fluorescente e um lampião. São consideradas fontes de luz secundárias, os corpos luminosos que refletem a luz proveniente de uma fonte de luz primária como, por exemplo, a Lua, os planetas e uma parede de uma sala que difunde no ambiente a luz tecebida de uma lâmpada [1]. Desde muitos séculos, sabe-se que muitos materiais também podem emitir luz quando excitados. Isto ocorre quando os elétrons dos átomos absorvem energia e passam para níveis mais altos. Quando esses elétrons voltam para os níveis de energia mais baixos, liberam a diferença de energia e esta liberação de energia pode ocorrer na forma de emissão de luz [2]. 17 A Figura 1 mostra um fluxograma de processos de emissão de luz, em que se observa os diferentes sistemas de emissão de luz. emissão de luz com aquecimento? | incandescência | luminescência de forças mecânicas com excitação através de luz? sim não imediatamente? inanimado? fluorescência quimiluminescência fosforescência bioluminescência Figura 1: Fluxograma de processos de emissão de luz. 3.1.1. INCANDESCÊNCIA O fenômeno da incandescência ocorre nas chamadas lâmpadas incandescentes. Ele se baseia no aquecimento de um material até que este comece a emitir luz. Uma corrente elétrica em contato com um filamento de tungstênio, por exemplo, pode ser considerado um sistema que emite luz por incandescência. Este processo emite muito calor e pouca luz. Cerca de 90 a 96 % da energia emitida 20 3.1.6. QUIMILUMINESCÊNCIA A quimiluminescência caracteriza-se pela emissão de luz através de uma reação química. A técnica de caracterização de sangue com luminol é um exemplo de processo quimiluminescente [3]. Em reações de quimiluminescência, a energia excedente de uma molécula num estado eletronicamente excitado é dissipada na forma de radiação eletromagnética. Esse processo pode ser ativado enzimaticamente ou quimicamente. O produto excitado, ao retornar ao estado fundamental, emite fótons, caracterizando a quimiluminescência direta ou poderá transferir sua energia para outra molécula sendo, então, quimiluminescência indireta [4]. 3.1.7. BIOLUMINE A bioluminescência (do grego "bios" = vida e do latim "lumen" = luz) é a 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 [5]. O processo de bioluminescência é extremamente rentável, sendo produzida virtualmente 100 % de luz com esta reação química, ao contrário de uma lâmpada incandescente, em que são produzidos 10 % de luz e 90 % de calor [6]. 3.2. BIOLUMINESCÊNCIA As reações bioluminescentes envolvem a oxidação de compostos orgânicos, as luciferinas, por oxigênio molecular. Os intermediários peroxídicos formados, altamente ricos em energia, são quebrados, gerando moléculas-produto, estando uma delas em estado eletronicamente excitado (de alta 21 energia). Esta molécula, ao retornar ao estado fundamental, emite 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 [5]. 3.2.1. LUCIFERINA E LUCIFERASE Os termos luciferina e luciferase originam-se do latim lúcifer, que significa "que traz luz". Eles são termos genéricos e não nomes de substâncias químicas específicas. Muitas substâncias diferentes podem agir como luciferinas e luciferases, dependendo das espécies da forma de vida bioluminescente [7]. A Figura 2 ilustra o funcionamento da biolumenescência através do comportamento da luciferina e da luciferase. Como funciona a ba ) Pdf (oia! BD T A) luciferina 22 4 Na bioluminescência, Ir RL pes TA Au ES permite que ocorra a [Eesti Ra] produz a luz. Nessa reação, a luciferase age como um catalisador. Rei ES ua S o oxigênio se combine [es RE Ne ER [so esto fo E Lie CERTA Re RR lr] ego RT [eo To ida E Lg pa Figura 2: Funcionamento da biolumenescência através do comportamento da luciferina e luciferase [7]. 25 A espécie Pachystomias, um peixe predatório chamado peixe-dragão (dragon fish), tem uma série de células fosforescentes espalhadas na boca, ao longo do corpo e debaixo dos olhos. Muitos desses peixes nunca foram encontrados no Oceano Atlântico e não têm nomes vulgares em português. A espécie Pachystomias microdon, chamada de dragão-preto, emite uma luz vermelha. Como as maioria dos peixes não enxergam essa cor, membros dessa espécie usam as suas lanternas vermelhas para se aproximarem sem serem percebidos pelos seres que lhes servirão de alimento. Outros peixes se distinguem pelos olhos projetados para frente, o que lhes permite aproveitar toda a pouca luz existente. Estima-se que essas criaturas são capazes de enxergar no escuro dos ocenanos de 15 a 20 vezes melhor do que os humanos. Os olhos tubulares de espécies como o Asgyropelecas, O Stentoptyx, o Gigantura e o Stylephora, sempre voltados para cima, enxergam contra a luz que vem da superficie, a silhueta de seus inimigos e da refeição em potencial. Já a espécie Asgyropelecus paciftecus emite luz verde e azul na mesma intensidade da iluminação procedente da superficie, tornando-se, assim, invisíveis. No mundo aquático, a reprodução costuma ser simples. No momento da reprodução, basta que o macho e a fêmea soltem o eserma e óvulos na água para que, da combinação desses elementos, resulte a fecundação. Os peixes-pescadores de grandes profundidades são relativamente raros e muito distribuídos por todos os oceanos. Estima-se que, para cada fêmea sexualmente amadurecida, existam de 15 a 20 machos. Portanto, esses peixes têm como principal função, durante sua existência, encontrar uma fêmea e fertilizá-la. Para facilitar o processo de fertilização, esses peixes desenvolveram olhos especiais para captar a luz das companheiras à distância. Supõe-se também que, dotados de grandes órgãos olfativos, sejam capazes de segui-las pelo ferormônio, o cheiro que elas emitem nas correntes marítimas. Sabe-se que existem padrões distintos de bioluminescência que permitem o reconhecimento da espécie e do sexo. No caso dos peixes ceratióides (Melanocetus johnstonii), apenas as fêmeas 26 apresentam a isca bioluminescente, que também é usada para atrair machos da mesma espécie durante o período reprodutivo. Como na região batipelágica a luz é praticamente ausente, esta estrutura se torna de grande importância nessas ocasiões. Estudos indicam que os peixes abissais são seres primitivos que não evoluíram durante milhares de anos. Como outras espécies que passaram a viver em praias rasas ou em baías lamacentas, rios caudalosos ou lagoas, estas se mudaram das superfícies, seu hábitat original, para as profundezas dos oceanos, por motivos desconhecidos. Nos abismos profundos dos oceanos, desenvolveram as estranhas características que os transformaram em "senhores das trevas" [8]. 3.3.2. PLÂNCTONS Algumas espécies de plânctons unicelulares, chamadas de dinoflagelados, brilham quando perturbadas [7]. Marés, tempestades, animais de vida marinha e os navios que passam podem fazer com que grandes quantidades de plâncton produzam luz simultaneamente, resultado da perturbação exercida sobre eles. Os dinoflagelados são responsáveis pelo fenômeno conhecido como "mar luminoso". O brilho dos dinoflagelados, em alguns casos, é tão intenso que interfere na navegação marítima [8]. A Figura 4 mostra a atividade dos plânctons no oceano, formando um "mar luminoso" de 15.000 Km?. 27 Figura 4: Atividade dos plânctons no oceano, na costa leste da África, descoberta em 2005. Um "mar luminoso" de 15.000 Km? visível do espaço [8]. 3.3.3. FUNGOS A emissão de luz por cogumelos bioluminescentes é pouco entendida e estudada, apesar de ter sido percebida desde o tempo de Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C). Não se sabe ao certo qual o mecanismo de emissão, quais são os substratos e enzimas envolvidos, nem se conhece detalhes sobre sua função biológica [9]. A Figura 5 mostra a bioluminescência, vista no escuro, de um cogumelo do gênero Mycena. 30 Figura 7: "cupinzeiro iluminado" por ovos de vaga-lumes [8]. Em relação à produção de luz pelos vaga-lumes, uma equipe de médicos, neurologistas e ecologistas descobriram que a mesma substância responsável pelo controle da pressão sanguínea que leva à ereção do pênis serve de mensageira entre o impulso elétrico emitido pelos neurônios do vaga- lume e o disparo do “flash” luminoso. O óxido nítrico é um gás que atravessa a membrana das células e é produzido pelo sistema imunológico para proteger o corpo contra microrganismos invasores causadores de inflamações. Durante dois anos de pesquisa, cientistas americanos demonstraram que a lanterna dos vaga-lumes se acende sempre que se estimula a produção do óxido nítrico. Essa substância é um fator relaxante que controla a pressão do sangue nas veias e artérias e tem papel importante em remédios contra impotência, como o Viagra, mas também funciona como sinalizadora das reações bioquímicas, uma espécie de mensageira neuronal que, a partir do impulso do vaga-lume de emitir um “flash”, acende sua lanterna [8]. 31 Um problema que ameaça os vaga-lumes é a iluminação artificial que, por ser mais intensa, anula a bioluminescência, podendo interferir diretamente no processo de reprodução da espécie que pode sofrer perigo de extinção [10]. 3.4.1. CLASSIFICAÇÃO CIENTÍFICA DOS VAGA-LUMES Reino: Animalia O Reino Animalia abrange todos os animais que possuem características comuns, tais como: organismos eucariontes multicelulares heterótrofos e animais que obtêm alimentos do meio, onde vivem por ingestão. Porém, é possível encontrar algumas exceções entre os animais devido a fatores como a adaptação. Os endoparasitas, por exemplo, perderam a capacidade de ingerir alimentos e os obtêm por absorção direta dos líquidos do corpo do hospedeiro. Os animais podem ser provenientes de colônias de protistas flagelados, semelhante às células flageladas encontradas nos animais com estrutura mais simples, como as esponjas. Posteriormente, teria aparecido o fenômeno da gastrulação, que possibilitou a diferenciação dos tecidos e do sistema digestório, condições estas que não existiam nas esponjas. Geralmente, os animais possuem locomoção, órgãos dos sentidos e sistema nervoso, o que auxilia a localização do alimento e a coordenação dos movimentos. Os animais podem se dividir em dois grandes grupos: os dos invertebrados, que não possuem vértebras, e o dos vertebrados, que as possuem [11]. 32 Filo: Artropoda Os artrópodes (do grego arthron = articulação e podos = pés) reúnem o maior número de espécies do reino animal, compreendendo mais de 800 mil (cerca de 3/4 do total de espécies conhecidas). Estes animais podem ser encontrados em todos os ambientes: terrestres, aéreos, de água doce e marinha; desde altitudes de 6 000 m até mais de 9 000 m de profundidade nos oceanos. Podem apresentar vida livre ou serem parasitas de animais e plantas. Trata-se de um grupo bastante diversificado, incluindo entre seus representantes os insetos, aranhas, escorpiões, lagostas, camarões, centopéias, lacraias e piolhos-de-cobra [11]. Classe: Insecta A classe Insecta se caracteriza por: 1. A cabeça apresenta um par de antenas (Artrópode dicero); 2. Dois olhos compostos e 1, 2 ou 3 olhos simples (ocelos); 3. Órgão de Johnston dentro do pedicelo (segundo segmento) da antena. Este órgão é uma coleção de células sensoriais que detectam o movimento (para audição, por exemplo) do flagelo antenal (demais segmentos da antena); 4. O corpo é dividido em três regiões típicas e distintas: cabeça, tórax e abdômen, 5. O tórax é composto por três segmentos, todos com um par de patas, podendo apresentar ou não asas no segundo e terceiro segmentos; 6. Tarso subsegmentado; 7. Mandibulados ectógnatos; 35 Figura 8: (a) Representante da família dos fengodiídeos, conhecido como o "trenzinho que ilumina o dorso", (b) representante da Família dos lampirídeos, o vaga-lume normal com o "bumbum que brilha” e (c) representante da família dos elaterídeos, o pirilampo, com lanterna na cabeça [8]. As fêmeas da Família dos Fengodídeos sempre têm aspecto larvar. São popularmente conhecidas como "bondinho elétrico" ou "trem de ferro”. Algumas espécies de fengodideos emitem luz vermelha na região da cabeça e luz esverdeada no corpo, outras emitem luz esverdeada em todo corpo. Os machos, alados, têm pontinhos luminosos em posição e número variáveis, todos no abdômenm. Sabe-se que as larvas gostam de comer gongolos, o popular "piolho-de-cobra". E são muito vorazes; sugam toda a parte mole do corpo do bicho, dispensando as partes duras. Emitem luz continua e vivem no chão, à procura de suas presas [9]. Os representantes da Família dos Lamparídeos têm ciclo biológico longo. Variam muito de cor, do castanho-claro ou escuro ao castanho-amarelado ou avermelhado. As "lanternas” ficam no ventre e variam de tamanho e disposição. Emitem luz esverdeada intermitente durante as poucas horas do entardecer. Habitam matas, campos e cerrados, preferindo os lugares úmidos e alagadiços como os 36 brejos. Adultos e larvas alimentam-se, com frequência, de caramujos. Em algumas espécies, as fêmeas também têm aspecto de larvas, que emitem sua luz por órgãos luminescentes situados no abdômen [8]. O principal representante da Família dos Elaterídeos é o pirilampo. Esses insetos têm cor variando do castanho escuro ao marrom avermelhado e apresentam duas manchas na parte anterior do tórax que, quando apagadas, têm coloração alaranjada. Essas manchas são as "lanternas" do pirilampo. Uma terceira "lanterna" fica no abdômen e só entra em atividade quando o inseto está voando. É tão desenvolvida que chega a emitir um feixe de luz de quase um metro de diâmetro. A luz que emitem é continua. Na "lanterna" toráxica, a luz tem uma tonalidade esverdeada e na lanterna abdominal, é amarelo-alaranjada. Esses vaga-lumes costumam voar muito alto, acima das copas das árvores. O ciclo de vida dos elaterídeos é longo: dois ou mais anos. Os adultos vivem somente no verão, periodos em que se acasalam. Os ovos são postos em madeiras semi-apodrecidas no interior das matas. Após cerca de quinze dias, surgem as primeiras larvas, que passarão quase dois anos comendo outros insetos e crescendo, até se transformarem nas pupas, que irão depois converter-se em insetos adultos [8]. Espécies: Curtos, Cyphonocerus, Drilaster, Ellychnia Hotaria Lampyris, Lucidina, Luciola, Photinus, Photuris, Pristolycus, Pyractomena, Pyrocoelias Stenocladius Espécie Lampyris Dentre todas as espécies, a Lampyris noctiluca é a mais comum no Brasil. Sua larva luminescente é muito parecida com a fêmea adulta. Lesmas e caracóis são seus principais alimentos, sendo capaz de comer até criaturas muito maiores que ela, injetando-lhe antes um líquido paralisante. O estágio larval dura seis meses, sendo a maior parte do tempo passada debaixo da terra. Ao emitir luz, a 37 fêmea do vaga-lume corre um risco, pois atraem seus predadores, tais como caranguejos, aves e rãs [9]. Na Figura 9, pode-se observar as diferenças nos tamanhos da fêmea, do macho e da larva do vaga-lume da espécie Lampyris noctiluca. E Fêmea (15 - 25 mm Macho (15 -18 mm) Larva (3 -25 mm) Figura 9: Diferença de tamanhos entre a fêmea, o macho e a larva do vaga-lume da espécie Lampyris noctiluca [9]. Espécie Luciola cruciata Essa espécie é conhecida como vaga-lume aquático. Sua larva vive por até um ano na água, onde preda caramujos, depois sai para as fases de pupa e adulta. Essa espécie, estudada no Brasil, é usada como bioindicador para avaliar a degradação de cursos d'água. 40 Figura 11: Fórmula estrutural da molécula de ATP (adenosina trifosfato) [6]. dioxetanona fi I E, | RS 4 pu Gatilho—| Ho Ts N | Grupo potencialmente excitável Fonte de energia Figura 12: Fórmula estrutural da molécula D (Dioxetanona) presente na reação de produção de luz pelo vaga-lume (Figura 10) [6]. Todo o processo de produção de bioluminescência realizado pelo vaga-lume pode ser resumido através do esquema presente na Figura 13. 4 [ETICO Figura 13: Esquema, resumido, do processo de produção de bioluminescência realizado pelo vaga-lume [6]. O cérebro do inseto controla o processo de produção de luz que será emitida. O oxigênio inspirado pelo vaga-lume entra pela traquéia, que está ligada à região do abdômen do inseto, onde existe um tipo de tecido chamado "lanterna". Esse tecido abdominal é formado por células especializadas na emissão de luz, os fotócitos, e também está ligado ao cérebro do animal. Quando o vaga-lume quer piscar, o cérebro libera o neurotransmissor octopamina, que vai "ligar" os fotócitos do abdômen. Os fotócitos iniciam uma reação química, em que a luciferina, o combustível produzido pelo animal, e o ATP, substância que fornece energia para as células, se unem à enzima luciferase, que acelera a reação. O resultado dessa reação é a produção de gás carbônico e da substância oxiluciferina fluorescente. É esta substância, a oxiluciferina fluorescente, que libera energia na forma de luz. Em todas as etapas da reação não há perda de energia em forma de calor, ou seja, a luz do vaga-lume é fria. 42 Na reação química para a produção de luz, cerca de 95% da energia produzida transforma-se em luz e somente 5% se transforma em calor. O tecido que emite a luz é ligado à traquéia e ao cérebro, dando ao inseto total controle sobre sua luz [6]. 3.5. APLICAÇÕES DA BIOLUMINESCÊNCIA Os vaga-lumes e outros besouros luminescentes são importantes não somente para a pesquisa cientifica, mas também para fins biotecnológicos e ambientais. 3.5.1. DIAGNÓSTICOS DE DOENÇAS Marcadores bioluminosos para o estudo do funcionamento de células de mamiferos estão em uso na Europa, nos Estados Unidos e no Japão. O gene do vaga-lume é anexado ao gene da insulina, por exemplo, e se acompanha a produção da insulina no organismo através da luminosidade, com equipamentos especiais [13]. Pesquisadores de três universidades paulistas (UNESP - Universidade Estadual Paulista, UFSCar - Universidade Federal de São Carlos e UNISO - Universidade de Sorocaba) estão investigando a atividade de uma enzima presente em vaga-lumes e outros besouros luminosos. Eles acreditam que essa enzima, denominada luciferase, poderá ter aplicação em diagnósticos clínicos, ajudando a identificar, por exemplo, o estágio inicial de um processo de metástase num caso de câncer. Segundo os pesquisadores, a compreensão do funcionamento da luciferase poderá trazer novos conhecimentos para fins biotecnológicos, com possibilidade de aplicação nas áreas médica e farmacêutica, entre outras [14]. 45 métodos microbiológicos clássicos, que devem ser usados com intuito diferente, como por exemplo, no isolamento de espécies patogênicas e determinação de uma cadeia de contaminação cruzada [15]. 46 4. MATERIAIS E MÉTODOS A Tabela | mostra os reagentes e os materiais utilizados no experimento para produção da bioluminescência. Tabela 1: Reagentes e materiais utilizados. Reagentes Materiais Lanternas de vaga-lumes Almofariz com pistilo Solução aquosa de ATP 0,25% Pisseta H,O desmineralizada Bisturi Utilizou-se diferentes espécies de vaga-lumes (lampirídeos e elaterideos) para a retirada de seus materiais bioluminescentes, onde são encontradas a luciferina e a luciferase. A Figura 14 mostra os procedimentos realizados para a produção de luz através do material bioluminescente dos vaga-lumes (lanternas de vaga-lumes) [18]. 47 Lanterna de Vaga-lume Trituração [Po Uma gota de HO 2 desmineralizada Homogeneização Uma gota da solução aquosa . de ATP 0,25% Observação da Bioluminescência Figura 14: Fluxograma do processo de produção de luz através do material bioluminescente retirado de [Do TT vaga-lumes. A Figura 15 mostra a fotografia de um dos vaga-lumes, ainda com vida, utilizados no experimento para a produção de bioluminescência. A Figura 16 mostra a fotografia do processo de maceração das lanternas de vaga-lumes. 50 5. CONCLUSÕES A bioluminescência é a transformação da energia química em energia luminosa. A luz produzida pelo vaga-lume é essencial para sua vida, pois o auxilia na iluminação do campo de visão, na atração de presas, no reconhecimento de diferentes espécies, entre muitas outras funções. No experimento realizado com lanternas de vaga-lumes e ATP, não foi possível a observação da produção de luz devido à pequena quantidade de material bioluminescente. As condições climáticas não favorecem a captura de muitas espécies, sendo elas mais comuns no verão (dezembro a março). Outro problema que ameaça os vaga-lumes é a iluminação artificial que, por ser mais intensa, anula a bioluminescência, podendo interferir diretamente no seu processo de reprodução. Além disso, a grande quantidade de agrotóxicos utilizados em lavouras diminui a frequência de aparição de vaga-lumes. Portanto, a captura de maiores quantidades de vaga-lumes e a produção de luz através de reações com ATP ficam como sugestão para trabalhos futuros. Os vaga-lumes, com certeza, nunca deixarão de ser um encantamento na infância, mas conhecê- los melhor é cultivar também uma paixão adulta muito compensadora. 51 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 10. 11. 12. 13. 14. POTIERI, G. Introdução a Óptica, Porto Web A intemet de Porto Alegre, 2003. ARROIO, A. Química do cotidiano, Revista Eletrônica de Ciências, Número 06, Abril de 2002. CHEMELLO, E. Ciência Forense: manchas de sangue, Química Virtual, p. 3-4, janeiro, 2007. SANTOS, R.M.S., SANTOS, M.F., COSTA, M.F.D. Quimiluminescência e Bioluminescência. Quimica Nova, v. 16,n. 3, pp. 200-209, 1993. VADIM, R. V. Luciferases: as enzimas da luz, O Olhares.com, 2003 RUPPERT, E. E. e BARNES, R.D. 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