{"id":49269,"date":"2016-09-05T15:25:22","date_gmt":"2016-09-05T18:25:22","guid":{"rendered":"https:\/\/espacoecologico.com.br\/arquivo\/?p=49269"},"modified":"2016-09-05T15:25:24","modified_gmt":"2016-09-05T18:25:24","slug":"estudo-explica-por-que-vaga-lumes-e-besouros-emitem-luz-com-cores-diferentes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/espacoecologico.com.br\/arquivo\/estudo-explica-por-que-vaga-lumes-e-besouros-emitem-luz-com-cores-diferentes\/","title":{"rendered":"Estudo explica por que vaga-lumes e besouros emitem luz com cores diferentes"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>Os vaga-lumes e algumas esp\u00e9cies de besouros possuem enzimas, chamadas luciferases, que conferem a eles a capacidade de emitir luz fria e vis\u00edvel (bioluminesc\u00eancia).<\/p>\n

As mesmas enzimas que permitem aos vaga-lumes emitir luz com tonalidade verde-amarelo no crep\u00fasculo, por exemplo, tamb\u00e9m fazem com que produzam luz com cor vermelha quando expostos a ambientes com pH \u00e1cido, sob altas temperaturas ou na presen\u00e7a de metais pesados. E tamb\u00e9m s\u00e3o respons\u00e1veis pelo fato de besouros emitirem luz com uma ampla gama de tons, independentemente do pH do ambiente.<\/p>\n

Pesquisadores do grupo de bioluminesc\u00eancia e biofot\u00f4nica da Universidade Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), campus de Sorocaba, em colabora\u00e7\u00e3o com um colega da University of Electro-Communications, do Jap\u00e3o, desvendaram, por meio de uma s\u00e9rie de\u00a0pesquisas<\/a> <\/span>apoiadas pela Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (Fapesp), os mecanismos moleculares que fazem com que as enzimas luciferases emitam luz de cores diferentes nos insetos bioluminescentes.<\/p>\n

As descobertas foram descritas em um artigo publicado na revista\u00a0Biochemistry<\/span>, da American Chemical Society (ACS).<\/p>\n

\u201cApesar de d\u00e9cadas de estudos, os mecanismos moleculares por tr\u00e1s da mudan\u00e7a de cor da bioluminesc\u00eancia de vaga-lumes e besouros e da sensibilidade das enzimas luciferases de vaga-lumes ao pH, temperatura e metais pesados ainda permaneciam desconhecidos\u201d, disse Vadim Viviani, professor da UFSCar e primeiro autor do artigo, \u00e0\u00a0Ag\u00eancia Fapesp.\u201cNosso estudo permitiu entender melhor, agora, como as luciferases produzem diferentes cores de luz\u201d, avaliou.<\/p>\n

De acordo com o pesquisador, as enzimas luciferases produzem bioluminesc\u00eancia em vaga-lumes e besouros por meio da cat\u00e1lise da rea\u00e7\u00e3o de oxida\u00e7\u00e3o da prote\u00edna luciferina \u2013 uma mol\u00e9cula fluorescente que, ao ser oxidada, age como emissor de luz.<\/p>\n

Dependendo do microambiente da regi\u00e3o onde ocorre a rea\u00e7\u00e3o de oxida\u00e7\u00e3o da luciferina (o s\u00edtio ativo), a cor da luz produzida pode variar do verde ao vermelho, detalhou Viviani.<\/p>\n

Por meio de pesquisas realizadas nos \u00faltimos anos, os pesquisadores na UFSCar e em outras universidades e institui\u00e7\u00f5es de pesquisa no mundo identificaram que dois dos 550 amino\u00e1cidos que comp\u00f5em a enzima luciferase \u2013 Glutamato311 (E311) e Arginina337 (R337) \u2013 t\u00eam cargas el\u00e9tricas opostas: o E311 tem carga positiva e o R337, carga negativa.<\/p>\n

H\u00e1 alguns anos, Viviani fez uma muta\u00e7\u00e3o no amino\u00e1cido E311 e, dessa forma, conseguiu mudar a cor da luz emitida pela enzima luciferase de um vaga-lume brasileiro.<\/p>\n

J\u00e1 um grupo de pesquisadores dos Estados Unidos tamb\u00e9m fez recentemente uma muta\u00e7\u00e3o no amino\u00e1cido R337 e conseguiu obter o mesmo efeito de mudan\u00e7a da cor da luz produzida e identificou que, coincidentemente, os res\u00edduos do E311 e do R337 est\u00e3o muito pr\u00f3ximos na estrutura tridimensional da luciferase de vaga-lumes.<\/p>\n

\u201cEssas descobertas evidenciaram que esses dois amino\u00e1cidos eram importantes para a mudan\u00e7a da cor da luz emitida pelas luciferases, mas n\u00e3o se sabia qual papel desempenham na determina\u00e7\u00e3o da cor da bioluminesc\u00eancia\u201d, afirmou Viviani.<\/p>\n

A fim de tentar esclarecer essa quest\u00e3o, os pesquisadores e colaboradores fizeram agora muta\u00e7\u00f5es dos amino\u00e1cidos E311 e R337, que resultaram na mudan\u00e7a das cargas el\u00e9tricas de um conjunto de luciferases que produzem diferentes cores de bioluminesc\u00eancia, clonadas por Viviani e seu grupo ao longo das \u00faltimas d\u00e9cadas.<\/p>\n

Por sua vez, o professor Takashi Irano, da University of Electro-Communications, no Jap\u00e3o, sintetizou an\u00e1logos de luciferina que interagem com partes espec\u00edficas do s\u00edtio ativo das enzimas luciferases testadas.<\/p>\n

As muta\u00e7\u00f5es dos dois amino\u00e1cidos de uma luciferase obtida a partir do vaga-lume\u00a0Macrolampis s2<\/span> \u2013 encontrado na Mata Atl\u00e2ntica \u2013 que foram objeto da disserta\u00e7\u00e3o de mestrado da estudante Aline Sim\u00f5es, no programa de biotecnologia e monitoramento ambiental da UFSCar \u2013 indicaram que, como possuem cargas el\u00e9tricas opostas, os amino\u00e1cidos interagem entre si eletrostaticamente e fecham o s\u00edtio ativo da enzima.<\/p>\n

Com isso, o s\u00edtio ativo da luciferase torna-se hidrof\u00f3bico (repele \u00e1gua), resultando em um aumento da energia da luz produzida pela enzima, que, dessa forma, ganha tonalidade vari\u00e1vel entre o verde e o azul.<\/p>\n

J\u00e1 a interrup\u00e7\u00e3o da intera\u00e7\u00e3o dos dois amino\u00e1cidos por mudan\u00e7as na carga el\u00e9trica de um deles ou altera\u00e7\u00e3o no pH do ambiente onde est\u00e1 a luciferase, por exemplo, promove a abertura do s\u00edtio ativo da enzima, permitindo a entrada de \u00e1gua.<\/p>\n

\u201cA luz produzida nessas situa\u00e7\u00f5es \u00e9 menos energ\u00e9tica e assume uma cor avermelhada\u201d, explicou Viviani.<\/p>\n

Uma das autoras do estudo \u2013 a estudante Vanessa Rezende Bevilaqua, doutoranda no programa de gen\u00e9tica evolutiva e biologia molecular da UFSCar, sob orienta\u00e7\u00e3o do pesquisador e com\u00a0Bolsa<\/a><\/span> da FAPESP \u2013 identificou que a \u00fanica luciferase que produz naturalmente cor vermelha, oriunda da larva trenzinho (Phrixotrix hirtus<\/span>), n\u00e3o tem o amino\u00e1cido R337 e, portanto, n\u00e3o tem carga el\u00e9trica positiva.<\/p>\n

A falta dessa carga positiva, que de outra forma atrairia a carga negativa do amino\u00e1cido E311e bloquearia o s\u00edtio ativo, faz com que a regi\u00e3o n\u00e3o feche direito e que a luz emitida pela luciferase seja vermelha.<\/p>\n

Os resultados foram corroborados por outras muta\u00e7\u00f5es em amino\u00e1cidos feitas pela estudante de doutorado na UFSCar Gabriele Gabriel e pela modelagem da estrutura tridimensional das enzimas pelo estudante Frederico Arnoldi, atualmente pesquisador da Funda\u00e7\u00e3o Grupo Botic\u00e1rio de Prote\u00e7\u00e3o \u00e0 Natureza.<\/p>\n

\u201cEssas descobertas ajudam a explicar como as luciferases produzem diferentes cores de luz\u201d, afirmou Viviani. \u201cIsso abre a possibilidade de poder controlar melhor esses mecanismos para criar luciferases por engenharia gen\u00e9tica que apresentem propriedades desejadas para diferentes aplica\u00e7\u00f5es biotecnol\u00f3gicas, como com uma determinada tonalidade de cor ou intensidade de luz\u201d, afirmou.<\/p>\n

Aplica\u00e7\u00f5es biotecnol\u00f3gicas<\/span><\/h3>\n

As enzimas luciferases e seus substratos \u2013 a luciferina \u2013 s\u00e3o amplamente utilizados como reagentes bioanal\u00edticos e marcadores celulares em biossensores de polui\u00e7\u00e3o e prospec\u00e7\u00e3o de drogas anticancer\u00edgenas e antibi\u00f3ticos, entre vast\u00edssima gama de outras aplica\u00e7\u00f5es, apontou o pesquisador.<\/p>\n

A cria\u00e7\u00e3o dessas enzimas para aplica\u00e7\u00f5es biotecnol\u00f3gicas, contudo, era feita ao acaso, por meio de muta\u00e7\u00f5es em uma parte da prote\u00edna de forma a obter uma nova enzima mutante, com uma determinada cor e para um uso espec\u00edfico.<\/p>\n

Esse processo frequentemente resultava em uma enzima mais fraca, que produzia pouca luz, explicou Vadim.<\/p>\n

\u201cAgora, ao conhecermos melhor o mecanismo por tr\u00e1s da produ\u00e7\u00e3o de luz, ser\u00e1 poss\u00edvel fazer muta\u00e7\u00f5es nas enzimas para mudar a cor da luz emitida sem afetar outras caracter\u00edsticas de sua luminesc\u00eancia\u201d, afirmou.<\/p>\n

O grupo de pesquisa liderado por ele na UFSCar j\u00e1 clonou, produziu por engenharia gen\u00e9tica e investigou mais de 10 luciferases diferentes de besouros bioluminescentes brasileiros, que apresentam diferentes cores de luz e propriedades luminescentes.<\/p>\n

\u201cSomos o grupo de pesquisa que mais clonou e investigou a maior variedade de luciferases de insetos no mundo, incluindo as tr\u00eas fam\u00edlias de vaga-lumes\u201d, afirmou Viviani.<\/p>\n

A clonagem e a modifica\u00e7\u00e3o feitas pelo grupo de pesquisadores brasileiros de uma enzima luciferase de larvas luminescentes de vaga-lumes colonizadoras de cupinzeiros no Cerrado (Pyrearinus termitilluminans<\/span>), que apresenta a bioluminesc\u00eancia mais verde-azulada e mais eficiente entre as luciferases de besouros, j\u00e1 resultou no desenvolvimento de um marcador de c\u00e9lulas de mam\u00edferos por um grupo de pesquisadores no Jap\u00e3o com os quais colabora.<\/p>\n

V\u00e1rias outras luciferases de besouros clonadas pelo grupo tamb\u00e9m est\u00e3o atualmente sendo testadas para o desenvolvimento de biossensores e marcadores celulares.<\/p>\n

O artigo\u00a0\u201cGlu311 and Arg337 stabilize a closed active-site conformation and provide a critical catalytic base and countercation for green bioluminesce in beetle luciferases\u201d<\/span> (doi:10.1021\/acs.biochem.6b00260), de Viviani e outros, pode ser lido por assinantes da revista\u00a0Biochemistry<\/span> em\u00a0aqui<\/a><\/span>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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