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Biofluorescencia

Un Pachydactylus rangei que muestra biofluorescencia bajo luz ultravioleta. La biofluorescencia es la fluorescencia que exhibe un organismo vivo: una parte del organismo absorbe...

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Un Pachydactylus rangei que muestra biofluorescencia bajo luz ultravioleta.

La biofluorescencia es la fluorescencia que exhibe un organismo vivo: una parte del organismo absorbe luz u otra radiación en una longitud de onda y emite luz visible en otra, generalmente de mayor longitud de onda. La radiación absorbida suele ser azul o ultravioleta , mientras que la luz emitida suele ser verde, roja o de cualquier color intermedio. La biofluorescencia requiere una fuente de luz externa y una sustancia biomolecular fluorescente, que a menudo es una o más proteínas , pero puede consistir en otras biomoléculas .

Un ejemplo perceptible de fluorescencia se produce cuando la radiación absorbida es ultravioleta, por lo tanto invisible para el ojo humano, mientras que la luz emitida se encuentra en el espectro visible; esto le da a la sustancia fluorescente un color distintivo que solo se puede ver cuando se expone a la luz ultravioleta.

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 se ha estudiado desde el siglo XIX. [ 5 ] Generalmente, la clorofila fluoresce en rojo, [ 6 ] y puede usarse como medida de las capacidades fotosintéticas , [ 7 ] [ 6 ] o de la salud general. [ 5 ] Después de absorber la 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 fluorescer. 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 biofluorescer 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

Aunque la biofluorescencia se descubrió y caracterizó extensamente por primera vez en invertebrados , trabajos recientes han observado biofluorescencia en muchos vertebrados, con 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 completamente. La señal fluorescente puede desempeñar un papel en la comunicación inter e intraespecífica, como el camuflaje (p. ej., corales [ 24 ] ), la atracción de parejas (p. ej., aves [ 25 ] y copépodos [ 26 ] ) y simbiontes (p. ej., corales [ 3 ] ), o la disuasión de depredadores. [ 26 ]

Otras explicaciones son fisiológicas, siendo el color brillante un subproducto de la defensa contra la radiación 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 de estrés durante una larga dispersión 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 de barril beta simple 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. El cromóforo de las proteínas fluorescentes rojas es el más complejo y requiere pasos de maduración adicionales. Las nuevas proteínas fluorescentes evolucionaron a través de la duplicación génica 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 verde fluorescente. [ 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 distinta de la GFP es la sandercianina, una proteína azul del pez de agua dulce lucioperca ( Sander vitreus ) del hemisferio norte. La sandercianina se produce estacionalmente, alcanzando su máxima producción a finales del verano, y se cree que actúa como defensa contra la alta radiación UV. La sandercianina se une a la biliverdina IXa , formando juntas un tetrahomómero que absorbe luz UV 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, presentan fluorescencia mediante un mecanismo diferente. [ 18 ] La fluorescencia se produce por metabolitos bromados de triptófano-quinurenina, pequeños compuestos aromáticos presentes en las regiones más claras de la piel del pez. Las características dérmicas de la piel del tiburón potencian ópticamente la señal fluorescente. [ 18 ]

Véase también

Referencias

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