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l fenomeno della luminescenza, cioè l'emissione di luce da
parte di una molecola, ha affascinato l'umanità fin dall'anti-
chità. Già 2.300 anni fa Aristotele osservava che molte crea-
ture (lucciole) producevano "fuoco" solo in certi periodi
dell'anno in funzione del vento, e che il "fuoco del mare" era
prodotto da organismi viventi.
I primi studi sui processi luminescenti effettuati con un certo
rigore scientifico risalgono all'inizio del Seicento, all'epoca in
cui gli alchimisti erano alla ricerca della cosiddetta "Pietra Fi-
losofale", in grado di trasformare i metalli vili in oro. Nel 1602
a Bologna, Vincenzo Casciarolo, un calzolaio ed alchimista
dilettante, descrisse per primo un metodo per ottenere la co-
siddetta "Pietra Bolognese", che possedeva la proprietà "ma-
gica" di "accumulare luce" quando esposta al sole e riemet-
terla al buio. Alla stessa epoca risalgono anche le prime os-
servazioni sul fenomeno della bioluminescenza: nel 1605 il
filosofo inglese Francis Bacon scriveva: "...la caratteristica di
produrre luce non è prerogativa solo del fuoco... le gocce di
acqua (di mare) spruzzate quando un remo colpisce l'acqua
appaiono scintillanti e luminose...". Alcuni anni dopo, nel
1637, il filosofo francese René Descartes osservava:
"...quando viene agitata l'acqua produce scintille simili a
quelle emesse da un frammento di pietra focaia". Il fenome-
no della bioluminescenza ha affascinato anche famosi scrit-
tori, come Giulio Verne: "...Il mare appariva come illuminato
da sotto la superficie dell'acqua, ma non era un semplice fe-
nomeno di fosforescenza: su questo non ci si poteva sbaglia-
re. Era il mostro che, immerso per qualche metro, proiettava
quel chiarore intenso e inspiegabile di cui parlavano i rappor-
ti di tanti comandanti di navi e che solo un organo di eccezio-
nale potenza poteva emettere. La luminescenza disegnava
sul mare un grande ovale al cui centro sembrava bruciare un
falò che andava gradatamente attenuandosi verso le estre-
mità. - Può essere un agglomerato di piccoli animali marini
fosforescenti - osservò un ufficiale..." (20000 Leghe sotto i
mari). Oggi sappiamo che la "Pietra Bolognese" è costituita
da barite (solfato di bario) e che il fenomeno osservato da
Vincenzo Casciarolo era una fosforescenza di tipo inorgani-
co, mentre Francis Bacon e René Descartes hanno descritto
la bioluminescenza di certi microrganismi marini. Comunque,
il fatto di conoscere l'origine di questi fenomeni non diminui-
sce certo il loro fascino.
Reazioni bio- e chemiluminescenti
La forma più nota di luminescenza è certamente quella con-
seguente all'assorbimento di luce (fotoluminescenza), della
quale la fluorescenza è l'esempio più comune. Meno cono-
sciuta è la chemiluminescenza (CL), cioè la luminescenza de-
rivante da un processo chimico esoergonico che porta alla
formazione di un prodotto in uno stato elettronicamente ecci-
tato, il quale decade allo stato fondamentale emettendo foto-
ni. All'interno della chemiluminescenza, la bioluminescenza
(BL) è sempre causata da un processo chimico ma avviene in
organismi viventi e coinvolge enzimi o fotoproteine.
Il fenomeno della bioluminescenza è ampiamente diffuso in
natura, sia in organismi marini quali batteri, alghe, meduse
(Figura 1), crostacei e pesci, sia in organismi terrestri come le
lucciole ed alcune specie di vermi e funghi [1, 2]. Negli anni
recenti sono stati effettuati studi approfonditi sul processo del-
la bioluminescenza, che hanno permesso di acquisire impor-
tanti conoscenze sia sui meccanismi della bioluminescenza e
sulle specie chimiche in essa coinvolte sia sulla sua funzione
negli organismi viventi. Essa coinvolge in genere almeno due
specie: un enzima (luciferasi) che catalizza la reazione biolu-
minescente ed un opportuno substrato enzimatico, generica-
mente indicato come luciferina (Figura 2). La luciferasi cata-
lizza la reazione responsabile del processo di bioluminescen-
Chimica e... Materiali
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RICH
MAC
Magazine - Settembre 2003
Le tecniche di luminescenza, in particolare la bio-
e chemiluminescenza, rappresentano uno strumento
versatile, utilizzato in svariati settori, quali biologia
molecolare, biotecnologie, farmacologia, chimica
clinica ed ambientale. Questo articolo descrive
alcune applicazioni analitiche di queste tecniche,
comprendendo quelle più recenti ed innovative
basate su processi di trasferimento di energia
(Bret, Bioluminescence Resonance Energy Transfer)
e su microrganismi geneticamente modificati.
A. Roda, M. Guardigli, P. Pasini, M. Mirasoli, E. Michelini, Dipartimen-
to di Scienze Farmaceutiche, Università di Bologna. aldo.roda@unibo.it
Recenti applicazioni della luminescenza
in campo biomedico, ambientale e tossicologico
di Aldo Roda, Massimo Guardigli, Patrizia Pasini,
Mara Mirasoli, Elisa Michelini
Figura 1 - Quando
viene disturbata,
la medusa Atolla
vanhoeffeni (diametro
approssimativo 3 cm)
produce un'intensa
bioluminescenza.
Questa medusa
si può trovare a
grande profondità in
molti mari del mondo.
Riprodotto su
autorizzazione
dal riferimento
bibliografico [2]