Biofoton - Biophoton
Biofótons (do grego βίος que significa "vida" e φῶς que significa "luz") são fótons de luz ultravioleta e baixa faixa de luz visível que são produzidos por um sistema biológico . Eles são de origem não térmica e a emissão de biofótons é tecnicamente um tipo de bioluminescência , embora a bioluminescência seja geralmente reservada para sistemas luciferina / luciferase de luminância mais alta . O termo biofoton usado neste sentido estrito não deve ser confundido com o campo mais amplo da biofotônica , que estuda a interação geral da luz com os sistemas biológicos.
Os tecidos biológicos normalmente produzem uma emitância radiante observada nas frequências visível e ultravioleta variando de 10 −17 a 10 −23 W / cm 2 (aproximadamente 1-1000 fótons / cm 2 / segundo). Esse baixo nível de luz tem uma intensidade muito mais fraca do que a luz visível produzida pela bioluminescência, mas os biofótons são detectáveis acima do fundo da radiação térmica emitida pelos tecidos em sua temperatura normal.
Embora a detecção de biofótons tenha sido relatada por vários grupos, hipóteses de que tais biofótons indicam o estado dos tecidos biológicos e facilitam uma forma de comunicação celular ainda estão sob investigação, Alexander Gurwitsch , que descobriu a existência de biofótons, recebeu o Prêmio Stalin em 1941 por seu trabalho.
Detecção e medição
Os biofótons podem ser detectados com fotomultiplicadores ou por meio de uma câmera CCD de ultrabaixo ruído para produzir uma imagem, usando um tempo de exposição de normalmente 15 minutos para materiais vegetais. Tubos fotomultiplicadores têm sido usados para medir as emissões de biofótons de ovas de peixes, e algumas aplicações mediram biofótons de animais e humanos. Elétron Multiplying CCD (EM-CCD) otimizado para a detecção de luz ultrafraca também tem sido usado para detectar a bioluminescência produzida por células de levedura no início de seu crescimento.
A emissão radiante observada típica de tecidos biológicos nas frequências visível e ultravioleta varia de 10 −17 a 10 −23 W / cm 2 com uma contagem de fótons de alguns a quase 1000 fótons por cm 2 na faixa de 200 nm a 800 nm .
Mecanismos físicos propostos
A quimioexcitação via estresse oxidativo por espécies reativas de oxigênio e / ou catálise por enzimas (ou seja, peroxidase , lipoxigenase ) é um evento comum no meio biomolecular . Tais reações podem levar à formação de espécies excitadas de trincas , que liberam fótons ao retornar a um nível de energia inferior em um processo análogo à fosforescência . Que esse processo é um fator que contribui para a emissão espontânea de biofótons foi indicado por estudos que demonstraram que a emissão de biofótons pode ser aumentada pela depleção do tecido testado de antioxidantes ou pela adição de agentes derivatizantes de carbonila. Suporte adicional é fornecido por estudos que indicam que a emissão pode ser aumentada pela adição de espécies reativas de oxigênio .
Plantas
A imagem de biofótons de folhas tem sido usada como um método para testar as respostas do gene R. Esses genes e suas proteínas associadas são responsáveis pelo reconhecimento do patógeno e ativação de redes de sinalização de defesa levando à resposta de hipersensibilidade, que é um dos mecanismos de resistência das plantas à infecção do patógeno. Envolve a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS), que têm papéis cruciais na transdução de sinal ou como agentes tóxicos que levam à morte celular.
Biofótons também foram observados nas raízes de plantas estressadas. Em células saudáveis, a concentração de ROS é minimizada por um sistema de antioxidantes biológicos. No entanto, o choque térmico e outros estresses alteram o equilíbrio entre o estresse oxidativo e a atividade antioxidante, por exemplo, o rápido aumento da temperatura induz a emissão de biofótons por ROS.
Envolvimento hipotético na comunicação celular
Na década de 1920, o embriologista russo Alexander Gurwitsch relatou emissões "ultra fracas" de fótons de tecidos vivos na faixa de UV do espectro. Ele os chamou de "raios mitogenéticos" porque seus experimentos o convenceram de que tinham um efeito estimulante na divisão celular .
Na década de 1970, Fritz-Albert Popp e seu grupo de pesquisa na Universidade de Marburg ( Alemanha ) mostraram que a distribuição espectral da emissão caiu em uma ampla faixa de comprimentos de onda, de 200 a 750 nm. O trabalho de Popp sobre as propriedades estatísticas da emissão de biofótons, ou seja, as afirmações sobre sua coerência, foi criticado por falta de rigor científico.
Um mecanismo de biofóton se concentra nas células lesadas que estão sob níveis mais elevados de estresse oxidativo , que é uma fonte de luz e pode ser considerado um "sinal de perigo" ou processo químico de fundo, mas esse mecanismo ainda não foi demonstrado. A dificuldade de descobrir os efeitos de quaisquer supostos biofótons em meio a outras numerosas interações químicas entre as células torna difícil conceber uma hipótese testável. Um artigo de revisão de 2010 discute várias teorias publicadas sobre esse tipo de sinalização.
A hipótese da comunicação celular por biofótons foi muito criticada por não explicar como as células podiam detectar sinais fotônicos várias ordens de magnitude mais fracos do que a iluminação natural de fundo.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Beloussov LV, Voeikov VL, Martynyuk VS (2007). Biofotônica e Sistemas Coerentes em Biologia . New York, NY: Springer. ISBN 978-0387-28378-4.
- Hyland GJ (dezembro de 1998). "Bioefeitos não térmicos induzidos por irradiação de micro-ondas de baixa intensidade de sistemas vivos". Engineering Science & Education Journal . 7 (6): 261–9. doi : 10.1049 / esej: 19980606 . Resumo do lay - Photonics Technology World .
- Kühnert H. "Wirkungsweise der Biophotonen" [Como funcionam os biofótons] (em alemão).
- Popp FA, Li KH, Gu Q (1992). Avanços recentes na pesquisa de biofótons e suas aplicações . Singapura: World Scientific. ISBN 978-981-02-0855-4. Arquivado do original em 20/02/2009.
- Tilbury RN, Gregg DJ, Percival JM (1997). Quimioluminescência ultrafraca de plasma de sangue humano . 1ª conferência na Internet sobre fotoquímica e fotobiologia.
links externos
- Bischof M. "Bibliografia sobre pesquisa de biofótons e assuntos relacionados" . Instituto Internacional de Biofísica . Arquivado do original em 25/01/2010.
- Hyland GJ. "Fundamentos de Coerência em Biologia" . Biophotonik . Arquivado do original em 19/05/2004.