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Biofluorescencia

La fluorescencia es la emisión de luz por parte de una molécula o un átomo que ha absorbido luz u otra radiación electromagnética . En la mayoría de los casos, la luz emitida tiene una longitud de onda más larga y, por lo tanto, una energía fotónica menor que la radiación absorbida. Un ejemplo perceptible de fluorescencia ocurre cuando la radiación absorbida está en la región ultravioleta del espectro electromagnético (invisible para el ojo humano), mientras que la luz emitida está en la región visible ; esto le da a la sustancia fluorescente un color distintivo que solo se puede ver cuando la sustancia ha sido expuesta a la luz ultravioleta .

La biofluorescencia es la fluorescencia emitida por un organismo vivo. La biofluorescencia requiere una fuente de luz externa y una sustancia biomolecular que convierta la luz absorbida en una nueva. La sustancia fluorescente absorbe luz en una longitud de onda, a menudo azul o ultravioleta, y emite en otra longitud de onda más larga, verde, roja o cualquier otra intermedia. En un organismo vivo, el agente fluorescente suele ser una proteína (o varias), pero también podrían ser otras biomoléculas .

Desde que se descubrió la biofluorescencia en Aequorea victoria y se resolvió la estructura de la proteína fluorescente verde , se ha demostrado que muchos otros organismos exhiben biofluorescencia y se han descubierto muchas proteínas fluorescentes nuevas. [1] [2] [3]

Rango taxonómico

Plantas

La biofluorescencia es frecuente en las plantas y puede ocurrir en muchas de sus partes. [4] La biofluorescencia en la clorofila ha sido estudiada desde el siglo XIX. [5] Generalmente, la clorofila fluoresce en rojo, [6] y puede usarse como una medida de las capacidades fotosintéticas , [7] [6] o de la salud general. [5] Después de absorber luz, la clorofila puede fluorescer como parte de los procesos fisiológicos involucrados en la fotosíntesis. [6]

Los órganos reproductivos como el polen, [8] [9] las anteras [9] o los pétalos [10] también pueden presentar fluorescencia. Estos caracteres pueden producir una variedad de colores dependiendo del pigmento responsable de la fluorescencia. [10] [8] [5] [9] Si bien no está claro cuál es la función principal de los diferentes tipos de fluorescencia en las plantas, [4] los caracteres reproductivos pueden presentar biofluorescencia como una señal para atraer polinizadores, [11] [9] Sin embargo, la biofluorescencia también puede atraer presas en plantas depredadoras, [12] o no tener ninguna función. [5]

Animales

Si bien la biofluorescencia se descubrió por primera vez y se caracterizó ampliamente en invertebrados, trabajos recientes han observado biofluorescencia en muchos vertebrados, y se han hecho descubrimientos de biofluorescencia en salamandras y ranas, [13] [14] [15] peces, [16] [17] [18] aves, [19] [20] [21] y mamíferos. [22] [23] [21]

Funciones

La función de la biofluorescencia en cada caso no se conoce por completo. La señal fluorescente puede desempeñar un papel en la comunicación interespecífica e intraespecífica, como el camuflaje (por ejemplo, corales [24] ), la atracción de parejas (por ejemplo, aves [25] y copépodos [26] ) y simbiontes (por ejemplo, corales [3] ), o la disuasión de depredadores. [26]

Otras explicaciones son fisiológicas, y el color brillante es un subproducto de la defensa contra los rayos UV (por ejemplo, la proteína sandercianina [17] y la protección UV de los genes en el polen [9] ). La fluorescencia roja brillante en las larvas del coral Acropora millepora se correlaciona con la activación de un estado similar a la diapausa que puede ayudar a conservar energía y tolerar el calor y otros factores estresantes durante una dispersión prolongada a nuevos hábitats. [27]

Evolución

Lo más probable es que la biofluorescencia haya surgido varias veces por evolución convergente . [3] [28] Los experimentos de reconstrucción sugieren que la proteína fluorescente original era verde y tenía una forma simple de barril beta con un cromóforo oculto en su interior. Los diferentes colores de las proteínas fluorescentes verdes (GFP), amarillo, rojo, cian y ámbar, están determinados por variaciones en la estructura del cromóforo. Las proteínas fluorescentes rojas (cromóforo) son las más complejas y requieren pasos de maduración adicionales. Las nuevas proteínas fluorescentes evolucionaron a través de la duplicación de genes y la acumulación de múltiples mutaciones que cambiaron gradualmente las funciones autocatalíticas y la estructura final del cromóforo. [28]

Los análogos de GFP son comunes, pero esta no es la única solución estructural posible para la biofluorescencia. En las anguilas japonesas de agua dulce Anguilla japonica, la proteína única UnaG fluoresce al unirse a la bilirrubina , un mecanismo muy distinto al de la proteína fluorescente verde. [16] UnaG absorbe luz azul y emite luz verde solo cuando se forma el complejo con la bilirrubina. Esta característica hace que UnaG sea atractiva para ensayos biomédicos en la exploración de procesos celulares dependientes de la bilirrubina . [29]

Otra proteína fluorescente no similar a la GFP es una proteína azul, la sandercianina, del pez de agua dulce lucioperca, Sander vitreus , en el hemisferio norte. La sandercianina se produce estacionalmente, con un pico de producción a fines del verano, y se cree que es una defensa contra los rayos ultravioleta altos. La sandercianina se une a la biliverdina IXa y juntas forman un tetrahomómero que absorbe la luz ultravioleta a 375 nm y emite luz roja a 675 nm. [17]

Dos especies de tiburones gato , Cephaloscyllium ventriosum , endémica del Pacífico oriental, y Scyliorhinus retifer , del Atlántico occidental, emiten fluorescencia mediante un mecanismo diferente. [18] La fluorescencia es producida por metabolitos bromados de triptófano-quinurenina, pequeños compuestos aromáticos presentes en las regiones de color más claro de la piel del pez. Las características dérmicas de la piel del tiburón mejoran ópticamente la señal fluorescente. [18]

Véase también

Referencias

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