Segredos das cores do vagalume

Segredos das cores do vagalume: Quem já viu a noite piscando de verde sabe o encanto dos vagalumes. Mas fora do inseto, a química que dá origem a essa bioluminescência é ainda mais fascinante: em condições variáveis de pH, temperatura e na presença de metais pesados, a cor da luz que as reações emitem pode ir do verde ao vermelho.

Segredos das cores do vagalume

Mar/2019 :: por Maria Guimarães/Pesquisa FAPESP
O mecanismo que permite essa variação, misterioso há décadas, agora fica mais claro a partir do artigo publicado este mês na revista Scientific Reportspelo grupo do bioquímico Vadim Viviani, do campus de Sorocaba da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e atual presidente da Sociedade Internacional de Bioluminescência e Quimioluminescência.

Aficionado por vagalumes desde a infância, ele mantém uma coleção com mais de 200 espécies coletadas desde os 14 anos e há duas décadas investiga aspectos bioquímicos e moleculares do fenômeno da bioluminescência até em insetos que não produzem luz.

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Estudos sobre bioluminescência revelam os mecanismos por trás da cor do brilho de vagalumes

O grupo de Viviani examinou a interação entre as moléculas responsáveis pela produção de luz e mostrou que na família dos vagalumes mais comuns, os lampirídeos, a conformação do sítio ativo da enzima luciferase é responsável por prender a substância luciferina. “

Durante a reação de oxidação que gera luz, as partes ricas em cargas positivas das duas moléculas são forçadas uma contra a outra, como se fossem dois ímãs com o mesmo polo voltados um para o outro”, compara o bioquímico.

“A força repulsiva dessa aproximação gera uma luz de alta energia na região do verde.”

Enzimas e íons atuando nos vagalumes

Acontece que os íons positivos presentes em pH mais ácido ou em metais pesados, como zinco, rompem as interações eletrostáticas que funcionam como portões que mantêm fechada essa cavidade.

Com isso o sítio ativo se abre, deixando entrar água que atenua a repulsão das cargas positivas. Ao mesmo tempo a luciferina fica mais solta no interior da enzima, interagindo com as paredes da cavidade da luciferase de maneira menos intensa. O resultado, nesses casos, é um brilho laranja ou vermelho que no vagalume íntegro só é visto à beira da morte.

A presença ou não de água (polaridade), a presença de grupos químicos básicos e a forma iônica das moléculas envolvidas – com as interações eletrostáticas entre elas – eram consideradas as explicações possíveis para as mudanças observadas no comportamento da luciferina e da luciferase. Os resultados atuais indicam que, em vez de serem alternativas, todos esses fatores trabalham em conjunto.

Iluminação colorida

Desde o doutorado, realizado no Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP) sob orientação do químico Etelvino Bechara, pioneiro no estudo da bioluminescência no Brasil, Viviani documenta e investiga as cores produzidas pelas larvas-trenzinho, da família dos fengodídeos, e dos vagalumes tec-tec, insetos da família dos elaterídeos que produzem um estalo como forma de defesa. A diversidade luminosa desses animais exclusivos dos trópicos do continente americano é a maior entre os insetos bioluminescentes: tem espécies com brilho azul, em outras é verde, amarelo, laranja ou vermelho.

Mesmo em tubos de ensaio, quando a luciferina e a luciferase reagem fora das células do organismo, cada par de moléculas só é capaz de produzir uma cor, sem variar como nos lampirídeos. Essa diversidade de padrões luminosos é o que permite a machos e fêmeas se reconhecerem no momento da reprodução. “Vagalumes têm voos nupciais com um padrão definido para cada espécie, não há possibilidade de encontros malsucedidos”, diz Bechara.

Parte do que define a cor da luz

Ao estudar o efeito de mutações que alteram a estrutura molecular das luciferases e produzir modelos que reconstroem o formato tridimensional das moléculas, o grupo de Sorocaba está mostrando que as luciferases de elaterídeos e fengodídeos parecem ter estruturas mais rígidas. As diferentes configurações, com sítios ativos mais estreitos ou mais amplos, devem ser parte do que define a cor da luz emitida pelos organismos que produzem essas moléculas, conforme vem sendo mostrado pela estudante de doutorado Vanessa Bevilaqua.

O biólogo Danilo Amaral, em estágio de pós-doutorado no laboratório de Viviani, está aprofundando o estudo da atividade gênica – o transcriptoma em espécies bioluminescentes de elaterídeos – para entender qual a diferença entre células das áreas luminescentes em relação às que não produzem luz. Ele também analisa o parentesco entre as espécies para entender a evolução desse sistema. “As luciferases da família dos besouros têm uma origem comum, mas as lanternas não são homólogas”, diz Amaral.

Para saber mais, leia o artigo completo no site da Revista Fapesp > Verde, amarelo ou vermelho