Diferencia entre revisiones de «Bioluminiscencia»
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Las primeras investigaciones sobre los fundamentos químicos de la bioluminiscencia se atribuyen al farmacólogo francés Raphaël Dubois. Entre 1885 y 1892, trabajó con dos especies de animales bioluminiscentes (las luciérnagas tropicales del género ''Pyrophorus'' y el molusco bivalvo ''Pholas dactylus''), refutó la teoría del fósforo, vigente hasta entonces, y demostró que el fenómeno de la emisión biológica de luz no era más que un proceso de oxidación enzimática en el que intervenían dos sustancias: una de ellas, termorresistente, se consumía en presencia de la otra, que actuaba como catalizador termolábil. Y el propio Dubois llamó luciferina a la primera de ellas, y luciferasa a la segunda. <ref>Navarro A., F. (2 de julio de 2013). Luciferina y luciferasa. Recuperado el 10 de diciembre de 2016, de Laboratorio del lenguaje : http://medicablogs.diariomedico.com/laboratorio/2013/07/02/luciferina-y-luciferasa-nombres-demoniacos/</ref>
En comparación con los procesos quimioluminiscentes, los procesos bioluminiscentes se caracterizan por un alto rendimiento cuántico de los procesos quimioluminiscentes, mientras que el rendimiento cántico de los procesos bioluminiscentes, la enzima es quien desarrolla un papel importante. En este proceso se llevan a cabo reacciones luciferina-luciferasa, en las que una sustancia proteica luminiscente (luciferina) es oxidada por la acción catalizadora de una enzima (luciferasa). La reacción sucede de la siguiente manera: el oxígeno oxida el sustrato (una proteína llamada luciferina); la luciferasa acelera la reacción, y el ATP proporciona la energía para la reacción, produciéndose agua y luz.<ref name=":1" /> La reacción es muy rápida y perdura mientras el organismo esté siendo iluminado. Dependiendo del organismo, la composición química de la luciferina y luciferasa va a cambiar, lo cual provoca coloraciones diferentes de luminiscencia. [[File:Luc-Luc schema.png|thumb|La luciferina (L) se modifica mediante utilización de oxígeno por las luciferasas, ahí se forma un intermediario I y por último en un sustrato activo eléctricamente P*. Después de un corto tiempo de vida se emiten fotones y el sustrato base P se alcanza.|
[[File:Firefly luciferin.svg|thumb|Fórmula estructural de la D-Luciferin de la luciérnaga ''Photinus pyralis''. Se le acorta como LH<sub>2</sub>]]
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===== Bacterias =====
[[File:Biolumplate.jpg|thumb|Cultivo de bacterias bioluminiscentes]]
Las bacterias marinas, también son organismos abundantes luminiscentes; las hay de vida libre o simbióticas, que viven en la superficie de otros organismos marinos o dentro de sus cavidades, por ejemplo dentro de su tracto digestivo. Los invertebrados, como por ejemplo ctenóforos, crustáceos, cefalópodos, salpas y otros, así como algunos vertebrados marinos (peces de profundidad) producen bioluminiscencia. Aunque en todos estos grupos el mecanismo de la bioluminiscencia es similar, el mecanismo por el que cada organismo produce luz, varía en la complejidad molecular de la luciferina y luciferasa, lo que da el color a la luz emitida. <ref name=":0" /> Las especies de bacterias marinas mayormente estudiadas son ''Vibrio harveyi'' y ''Vibrio fischeri'' . Se sabe que ''V. harveyi'' puede estar asociado al intestino de algunos animales marinos o encontrarse como un microorganismo de vida libre en el océano; mientras que ''V. fischeri'' además de encontrarse en estos hábitats también vive en cultivo puro como simbionte de los órganos productores de luz en varios peces y calamares.<ref>Bassler BL, Greenberg EP y Steven AM. 1997. Cross-Species Induction of Luminescence in the Quorum- Sensing Bacterium Vibrio harveyi. J. Bacteriol. 179:4043–4045.</ref> Está bien establecido que las bacterias bioluminiscentes emiten luz sólo cuando existe alta densidad celular; una sola célula bacteriana de vida libre en el océano no se espera que emita luz. El entendimiento del mecanismo de esta regulación provee los principios básicos de la emisión de luz por parte de las bacterias marinas y a su vez, auxilia en el entendimiento de los mecanismos de comunicación celular, mejor conocida como quorum sensing. <ref>Czy A, Plata K y Wêgrzyn G. 2002. Induction of light emission by luminescent bacteria treatedwith UV light and chemical mutagens. J.Appl. Genet. 43: 377-389</ref> Se propuso como hipótesis que la bioluminiscencia en estos microorganismos, estaba regulada por moléculas mensajeras que viajaban entre las células. Se llamó a estos mensajeros, “autoinductores” <ref>Gonzalez JE y Keshavan ND. 2006. Messing with Bacterial Quorum Sensing. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 70:859–875</ref> <ref name=":3">Sáenz, M. S., & Nevárez, M. G. (2010). La bioluminiscencia de organismos marinos y su potencial biotecnológico. Revista Científica de la Universidad Autónoma de Coahuila , 2.</ref>
===== Medusas =====
[[Archivo:Aequorea4.jpg|miniaturadeimagen|Medusa ''Aequorea victoria'', organismo bioluminiscente ]]
Un claro ejemplo de bioluminiscencia en organismos marinos son las medusas, las cuales utilizan fotoproteínas (proteínas del dominio de unión al calcio EF relacionadas con la calmodulina, la troponina C, la miosina, la espectrina y la proteína de unión sarcoplásmica) como la aequorina, de la medusa hydromedusas ''Aequorea victoria'', y la mnemiopsina, del ctenóforo ''Mnemiopsis leidyi''. Casi todos los ctenophores son capaces de tener bioluminiscencia, produciendo destellos de luz en las células productoras de luz (fotocitos) tras la estimulación en condiciones de oscuridad. <ref name=":2" />
La GFP es producida por la medusa Aequorea victoria.
La GFP puede utilizarse como marcador de biomoléculas y para seguir procesos como la migración celular. Gracias a este uso se ha reducido el efecto perjudicial de marcadores fluorescentes químicos, los cuales eran empleados en las investigaciones. Un fluoróforo, tras cierto tiempo de exposición a la luz, libera un electrón que reacciona con el oxígeno, originando radicales tóxicos que dañarían la célula e incluso le causarían la muerte. La estructura de GFP evita ese impacto, pues cuando el fluoróforo libera un electrón, los radicales resultantes quedan dentro de la proteína sin tocar la célula.
Una característica importante de la GFP es que no necesita aditivos para brillar, en contraste con otras proteínas bioluminiscentes; es suficiente irradiarla con luz UV o azul para que emita fluorescencia. <ref name=":4">Jaramillo, J. (Febrero de 2014). El brillo que ilumina la ciencia. ''CienciaUANL'' .</ref>
===== Calamares =====
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== Regulación génica ==
La regulación genética del proceso de bioluminiscencia en bacterias, está controlado en el operón luxCDABE (Figura 1), en donde se encuentra cinco genes estructurales requeridos para la emisión de luz: los genes luxC, luxD y luxE que codifican para el complejo reductasa de los ácidos grasos necesarios para reciclar el sustrato aldehído, y luxA y luxB que codifican para las subunidades α y β de la luciferasa. <ref name=":3" /><ref>Frackman S, Anhalt M y Nealson KH. 1990. Cloning, Organization, and Expression of the Bioluminescence Genes of ''Xenorhabdus luminescens. J. Bacteriol''. 172: 5767-5773.</ref><ref>Wood KV. 1998. The Chemistry of Bioluminescent Reporter Assays. Promega Notes. 65: 14-20. XI L, Cho KW y Tu SC. 1991. Cloning and Nucleotide Sequences of lux Genes and Characterization of Luciferase of''Xenorhabdus'' luminescens from a Human Wound. J. Bacteriol.173: 1399-1405.</ref>
IMAGEN
Figura 1. Disposición de los marcos abierto de lectura para el operón luxCDABE en bacterias marinas luminiscentes.
La expresión del operón lux es regulado tanto a nivel transcripcional como traduccional. El gen luxR codifica para una proteína regulatoria mientras que luxI es responsable de la síntesis de un autoinductor. A mayor densidad celular, un aumento en la concentración de la proteína luxR, obligado por el autoinductor, conduce a la activación del operón luxICDABE, que conlleva a la producción de luz. Después, la concentración de la proteína luxR se vuelve limitante porque el complejo proteína-autoinductor de luxR inhibe la traducción del transcrito luxR. <ref name=":3" />
== Aplicaciones biotecnológicas ==
Las proteínas bioluminiscentes son herramientas bioquímicas invaluables con aplicaciones en una amplia variedad de campos incluyendo los análisis de expresión de genes, descubrimiento de medicamentos, estudio de la dinámica de las proteínas y mapeo de las vías de traducción de señales. Las proteínas mayormente reportadas son luciferasas, que permiten una detección de alta sensibilidad y poseen características peculiares como un alto rendimiento cuántico y ausencia de toxicidad cuando se expresadas en células o en organismos diferenciados. Se han llevado a cabo extensos estudios para alterar las propiedades de las proteínas fluorescentes, dejando como resultado proteínas mutantes con diferentes ondas de emisión. Las proteínas bioluminiscentes son una alternativa al uso de proteínas fluorescentes debido a su alta sensibilidad en los análisis de detección en muestras biológicas. <ref name=":3" /><ref>Dikici E, Qu X, Rowe L, Millner L, Logue C, Deo SK, Ensor M y Daunert S. 2009. Aequorin variants with improved bioluminescence properties. Protein Eng., Design & Selection. 22:243–248. </ref><ref>Michelini E, Cevenini L, Mezzanotte L, Roda B, Dolci LS y Roda A. 2009. Bioluminescent reporter proteins for multicolor assays. Minerva Biotecnol. 21:87-96. </ref>
Algunas de las aplicaciones biotecnológicas han incluido: La GFP que es producida por la medusa Aequorea victoria. El gen que codifica esta proteína, que ya ha sido clonado, se utiliza como marcador en biología molecular. El descubrimiento y estudio de la GFP amplía la capacidad del microscopio óptico y otorga una nueva dimensión visible al ojo humano. Una característica importante de la GFP es que no necesita aditivos para brillar, en contraste con otras proteínas bioluminiscentes; es suficiente irradiarla con luz UV o azul para que emita fluorescencia Permitiendo ver procesos previamente invisibles, como el desarrollo de neuronas, cómo se diseminan las células cancerosas, el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer, el crecimiento de bacterias patogénicas, la proliferación del virus del SIDA, entre otros. Otra de las técnicas aplicadas fue el arcoiris cerebral o brainbow. En 2007, un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard desarrolló un mapa para representar el sistema nervioso, el cual, mediante la combinación de proteínas fluorescentes, muestra las neuronas y otras células cerebrales en colores diferentes, permitiendo analizar el sistema nervioso y clasificar los procesos neuronales.
Algunos ratones fueron modificados genéticamente para producir determinadas cantidades de proteínas con colores amarillo, cian y rojo, en células nerviosas individuales del cerebro. El resultado fue un cerebro que brilla con noventa tonalidades diferentes. Los investigadores Cpodían asi seguir las fibras nerviosas de células individuales dentro de una densa red en el cerebro <ref name=":4" />
== Conclusiones ==
Existe la hipótesis de que la bioluminiscencia que existe hoy en día es el resultado de la evolución: en un principio, cuando la atmósfera terrestre tenía una concentración de oxígeno casi nula y el oxígeno fue aumentando paulatinamente por la presencia cada vez mayor de organismos fotosintéticos, los organismos se liberaban del oxígeno, que en ese entonces era tóxico para ellos, con la reacción de la bioluminiscencia, produciendo agua. <ref>McElroy, W.D., & Seliger, H.H. 1970. ''Bioluminiscencia''. In Scientific American, ed. La Célula viva. Madrid: Editorial Blume, 184-197.</ref>
== Referencias ==
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