Diferencia entre revisiones de «Bioluminiscencia»
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Se conoce como '''bioluminiscencia''' a la producción de [[luz]] de ciertos [[Ser vivo|organismos]] vivos. La palabra proviene del [[Griego antiguo|griego]] ''βίος'' (''bíos'') que significa "vida" y del [[latín]] ''lumen'' que significa "luz".
Bioquímicamente es el proceso a través del cual, los organismos vivos producen luz resultado de una reacción bioquímica en la que comúnmente interviene una enzima llamada [[luciferasa]]. La reacción sucede de la siguiente manera: el oxígeno oxida el sustrato (una proteína llamada [[Luciferina (molécula)|luciferina]]); la luciferasa acelera la reacción, y el ATP proporciona la energía para la reacción, produciéndose agua y luz, la cual es muy notoria durante la noche.<ref name=":0">Rodríguez, M.J.; Cerda, F. R.; Estrada, B.C.; Gaona, L. G. J.; Ilyina, A. D.; Garza, G. Y.; Dukhovich, A. F.; (1998). Sistema Bioluminiscente Luciferina-Luciferasa de las Luciérnagas. Parte I: Propiedades Bioquímicas y Catalíticas de la Enzima Luciferasa. Journal of the Mexican Chemical Society, mayo-junio, 99-108.</ref> Se trata de una conversión directa de la energía química en energía lumínica.Es un fenómeno muy extendido en todos los niveles biológicos: [[bacteria]]s, [[hongos]], [[protista]]s [[unicelular]]es, [[celentéreo]]s, [[gusanos]], [[molusco]]s, [[cefalópodo]]s, [[crustáceo]]s, [[insecto]]s, [[equinodermo]]s, [[peces]], [[Medusa (animal)|medusa]]s.
En siglo XV [[Robert Boyle]] descubrió que los hongos bioluminiscentes dejaban de producir luz cuando eran introducidos en un
[[Archivo:PanellusStipticusAug12_2009.jpg|miniaturadeimagen|222x222px|''Panellus Stipticus'', un hongo bioluminiscente. ]]
recipiente sin oxígeno, el motivo de este fenómeno no se conoció con detalle hasta las últimas décadas. Los hongos observados por Boyle empleaban el mecanismo de iluminación extracelular a través de la molécula luciferina, activada con la enzima luciferasa. Para que tenga lugar la reacción, la luciferina necesita oxígeno, lo que explica el proceso bioluminiscente.<ref>Instituto Ecohabitar . (27 de Diciembre de 2011). humanos, Bioluminiscencia: aplicar luz biológica en diseños. Recuperado el 25 de Noviembre de 2016, de EcoHabitar: http://www.ecohabitar.org/bioluminiscencia-aplicar-luz-biologica-en-disenos-humanos/</ref>
== Funciones ==
En algunas [[especie (biología)|especies]] sirve como referencias sexuales y ayudas en el emparejamiento (en el caso de las [[luciérnaga]]s); en otras funcionan a modo de cebo (como en el caso de algunos [[pejesapo]]s) y en otras como defensas para confundir a los depredadores (algunos [[cefalópodo]]s y [[gusano]]s del [[género (biología)|género]] ''[[Phrixothrix]]''). Resumiendo algunas posibles funciones podemos citar:
* '''Camuflaje'''
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Mientras que la mayoría de bioluminiscencia marina es de color verde o azul, el Dragonfish Negro produce un resplandor rojo. Esta adaptación permite a los peces visualizar especies juveniles red-pigmentadas, que son normalmente invisibles en el fondo de los océanos, donde la luz roja ha sido filtrada por la columna de agua.
== Biotecnología ==▼
Los [[organismos]] bioluminiscentes son un objetivo para muchas áreas de investigación. Los [[sistemas]] de [[luciferasa]] son ampliamente utilizados en el campo de la [[ingeniería genética]] como genes indicadores. También se han aprovechado para la investigación biomédica utilizando imágenes de bioluminiscencia. La Vibrio [[simbiosis]] con numerosos [[invertebrados]] marinos y peces, por ejemplo, la hawaiana Squid Bobtail (scolopes Euprymna), son modelos experimentales clave para la bioluminiscencia.▼
Las estructuras de los [[fotóforos]], los órganos productores de luz en los organismos bioluminiscentes, están siendo investigados por los diseñadores industriales. ▼
El gen responsable del resplandor y [[luminiscencia]] de la [[luciérnaga]] ha sido añadido a las plantas de mostaza a través de ingeniería genética.▼
== Tipos de bioluminiscencia ==
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Puede hablarse de tres tipos principales de bioluminiscencia: la intracelular, la extracelular y la de bacterias simbióticas.
==== Bioluminiscencia intracelular ====
La bioluminiscencia intracelular es generada por [[célula]]s especializadas del propio cuerpo de algunas especies [[pluricelulares]] o [[unicelulares]] (como [[dinoflagelados]]) y cuya luz se emite al exterior a través de la [[piel]] o se intensifica mediante [[lentes]] y materiales reflectantes como los [[cristal]]es de [[urato]] de las luciérnagas o las placas de [[guanina]] de ciertos [[Pisces|peces]]. Este tipo de luminiscencia es propia de muchas especies de [[calamar]] y de [[dinoflagelados]], en especial del género ''[[Protoperidinium]]''.
==== Bioluminiscencia extracelular ====
La bioluminiscencia extracelular se da a partir de la reacción entre la [[luciferina (molécula)|luciferina]] y la [[luciferasa]] fuera del organismo. Una vez sintetizados, ambos componentes se almacenan en [[glándula]]s diferentes en la piel o bajo esta. La expulsión y consecuente mezcla de ambos reactivos en el exterior producen nubes luminosas. Este tipo de luminiscencia es común a bastantes [[crustáceo]]s y algunos [[cefalópodo]]s abisales.
==== Simbiosis con bacterias luminiscentes ====
Este fenómeno se conoce sólo en [[animal]]es marinos tales como los [[celentéreo]]s, [[gusano]]s, [[molusco]]s, [[equinodermo]]s y peces. Parece ser el fenómeno de luminiscencia de origen biológico más extendido en el [[reino (biología)|reino]] [[Animalia|animal]]. En diversos lugares del cuerpo los animales disponen de pequeñas vejigas, comúnmente llamadas [[fotóforo]]s, donde guardan bacterias luminiscentes. Algunas especies producen luz continua cuya intensidad puede ser neutralizada o modulada mediante diversas estructuras especializadas. Normalmente los [[órgano (biología)|órganos]] luminosos están conectados al [[sistema nervioso]], lo que permite al animal controlar la emisión lumínica a voluntad.
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[[William McElroy]] y [[Howard Seliger]],<ref>[[Seliger, H. H. y W. D. McElroy. 1965]], ''Light: Physical and Biological Action. New York: Academic Press''</ref> de la [[Universidad Johns Hopkins]] en [[Estados Unidos]], postulan la siguiente hipótesis sobre el origen de la luminiscencia bacteriana: durante los [[tres]] primeros cuartos de la historia biológica [[Tierra|terráquea]] las formas de [[vida]] dominantes eran bacterias [[anaerobio|anaerobias]]. La llegada de las [[cianobacteria]]s alteró el medio al generar éstas, como producto excretado por la acción de la [[fotosíntesis]], cantidades masivas de [[oxígeno]] nocivo para las bacterias. Con el fin de librarse de la toxicidad del [[gas]], las bacterias podrían haber sufrido con el tiempo adaptaciones [[metabolismo|metabólicas]] de entre los cuales los fenómenos de bioluminiscencia de ciertas bacterias serían restos que se han mantenido hasta hoy.
== Organismos bioluminiscentes ==
El fenómeno de la bioluminiscencia lo podemos observar en organismos como en luciérnagas, en algunos hongos y bacterias, pero principalmente, en especies marinas. Existen peces que usan la luz emitida para atraer a la hembra o a su presa, iluminándola para facilitar el ataque, o como mecanismo de defensa para confundir al depredador y escapar. <ref>Adam, C., Virginia B., M., Revuelta, C., & Valarolo, G. (2013). De las luciérnagas a la luz química. Cultura Científica .</ref>
==== Luciérnagas ====
[[Archivo:Luciernagas_1.jpg|miniaturadeimagen|Bioluminiscencia en el Santuario de las luciérnagas.]]
Las luciérnagas se iluminan gracias a que se encuentra en sus abdómenes un compuesto orgánico llamado luciferina. A medida que el aire entra como una ráfaga al abdomen de las luciérnagas, el aire reacciona con la luciferina, produciendo el familiar brillo verdoso amarillento siendo ésta una forma es muy eficiente para comunicarse en la noche.
En la reacción bioluminiscente catalizada por la enzima luciferasa de las luciérnagas además de las moléculas de luciferina y oxígeno participa la molécula de adenosin trifosfato (ATP). La enzima luciferasa de las diferentes especies de luciérnagas varía un poco en la estructura primaria, en la dependencia al pH del proceso catalítico y en algunos parámetros cinéticos. Sin embargo, el esquema de la reacción y la estructura de la luciferina son semejantes para diversas luciferasas. La reacción catalizada por la enzima de luciérnagas se describe con el siguiente esquema estequiométrico. En donde E es la luciferasa; LH<sub>2</sub> es la luciferina; PPi es pirofosfato inorgánico y P es el producto de la reacción (oxiluciferina). La estequiometría de la reacción es la siguiente: por cada molécula de luciferina se gasta una molécula de oxígeno y se forma una molécula de dióxido de carbono. Se propone que la luciferina, los iones de Mg<sup>2+</sup> y el ATP tienen sitios de unión independientes
[[Archivo:Reacción_catalizada_por_las_enzimas_de_las_luciérnagas..png|miniaturadeimagen|Reacción catalizada por las enzimas de las luciérnagas.]]
en la enzima. Durante la reacción de la luciferina se transforma en un acromóforo. Se han reportado tres isómeros de este cromóforo depende del pH y polaridad del medio.<ref name=":0" />
[[Archivo:Nz_glowworm.jpeg|miniaturadeimagen|Bioluminiscencia de ''Arachnocampa luminos''a en una cueva de Nueva Zelanda.]]
Otra especie conocida por el proceso bioluminiscente que realiza es ''Arachnocampa luminosa'' de Nueva Zelanda un mosquito micetofílido (comedor de setas) que en estado larvario segrega hilos como las arañas para atrapar a otros insectos dentro de las cuevas donde habita. Además, para atraer a sus presas. Las sedas pueden medir 30 cms. y están cubiertas a intervalos regulares de gotitas pegajosas en las que quedan atrapadas sus víctimas.<ref>Cultura y tecnología. (s.f.). ''Insectos luminosos que tejen trampas como las arañas''. Recuperado el 14 de dicimebre de 2016, de <nowiki>https://www.meneame.net/story/glowworms-mosquitos-aracnidos-luminosos</nowiki></ref>
==== Organismos marinos ====
La bioluminiscencia se observa en una amplia variedad de organismos marinos. Los cuales incluyen bacterias, dinoflagelados, radiolarios, hongos, ctenóforos, cnidarios, anélidos, moluscos, artrópodos, equinodermos, tunicados y peces. Estos organismos utilizan la bioluminiscencia para funciones esenciales que van desde la defensa a la reproducción. La capacidad de producir luz siempre implica la reacción quimioluminiscente ya mencionada, en donde el sustrato emisor de luz (una luciferina) es oxidada por una enzima específica (una luciferasa). Luciferinas y luciferasas son altamente variables en su estructura química y secuencia de proteínas. Por esta razón, se piensa que la bioluminiscencia surgió independientemente muchas veces durante la evolución. La coelenterazina es la luciferina predominante observada en el medio ambiente oceánico y es el tipo específico de luciferina utilizado en la bioluminiscencia de medusas (Phylum ''Cnidaria'') y gelatinas de peine, o ctenophores (Phylum ''Ctenophora'').<ref>Christine E, S., Kevin, P., Meghan, L., Adam, M., Joseph, F., David, S., y otros. (12 de Diciembre de 2012). Genomic organization, evolution, and expression of photoprotein and opsin genes in Mnemiopsis leidyi: a new view of ctenophore photocytes. BMC Biology.</ref>
==== Bacterias ====
[[Archivo:Biolumplate.jpg|miniaturadeimagen|Cultivo de bacterias bioluminiscentesBiolumplate]]
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, 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>Wegrzyn G y Czyz A. 2002. How do marine bacteria produce light, why are they luminescent, and can we employ bacterial bioluminescence in aquatic biotechnology? Oceanología. 44: 291–305.</ref> 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>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>
== Producción de la bioluminiscencia ==
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La bioluminiscencia no es lo mismo que [[fluorescencia]], siendo la diferencia fundamental la fuente de donde se obtiene la energía. Mientras que en la bioluminiscencia la fuente de energía son las reacciones químicas, en la fluorescencia -como la de la [[proteína verde fluorescente]] la energía se obtiene de una fuente de luz previa, que posteriormente es re-emitida como otro fotón.
▲== Biotecnología ==
▲Los [[organismos]] bioluminiscentes son un objetivo para muchas áreas de investigación. Los [[sistemas]] de [[luciferasa]] son ampliamente utilizados en el campo de la [[ingeniería genética]] como genes indicadores. También se han aprovechado para la investigación biomédica utilizando imágenes de bioluminiscencia. La Vibrio [[simbiosis]] con numerosos [[invertebrados]] marinos y peces, por ejemplo, la hawaiana Squid Bobtail (scolopes Euprymna), son modelos experimentales clave para la bioluminiscencia.
▲Las estructuras de los [[fotóforos]], los órganos productores de luz en los organismos bioluminiscentes, están siendo investigados por los diseñadores industriales.
▲El gen responsable del resplandor y [[luminiscencia]] de la [[luciérnaga]] ha sido añadido a las plantas de mostaza a través de ingeniería genética.
== Véase también ==
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