{"id":11977,"date":"2022-09-01T11:40:06","date_gmt":"2022-09-01T16:40:06","guid":{"rendered":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=11977"},"modified":"2022-11-01T10:10:15","modified_gmt":"2022-11-01T16:10:15","slug":"los-compuestos-quimicos-y-los-seres-vivos-como-se-origina-la-luminiscencia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=11977","title":{"rendered":"LOS COMPUESTOS QU\u00cdMICOS Y LOS SERES VIVOS: \u00bfC\u00d3MO SE ORIGINA LA LUMINISCENCIA?"},"content":{"rendered":"
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CIENCIA UANL \/ AN\u0303O 25, No.115, septiembre-octubre 2022<\/p>\n

JAZM\u00cdN MARROQU\u00cdN FLORES*, LUIS ENRIQUE ROMERO GUTI\u00c9RREZ*,
\nRA\u00daL COLORADO PERALTA*, DELIA HERN\u00c1NDEZ ROMERO*<\/p>\n

PDF:\u00a0Ejes_115<\/a><\/p>\n

La luminiscencia es un fen\u00f3meno en el que una o varias mol\u00e9culas poseen la capacidad de emitir luz despu\u00e9s de excitar sus electrones a trav\u00e9s de la absorci\u00f3n de radiaci\u00f3n.\"\"<\/a><\/p>\n<\/div>\n

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Se conocen dos tipos de luminiscencia que dependen de la duracio\u0301n de la misma; por un lado, la luminiscencia de corta duracio\u0301n, denominada fluorescencia, y por otro, la luminiscencia que permanece despue\u0301s de haberse suspendido la fuente de excitacio\u0301n, denominada fosforescencia. Sin embargo, no todas las mole\u0301culas poseen esta maravillosa propiedad, para ello es necesario que posean enlaces conjugados, es decir, enlaces simples y dobles alternados, volvie\u0301ndolas fotoexcitables.<\/p>\n

Las mole\u0301culas con enlaces dobles conjugados reciben el nombre de cromo\u0301foros (figura 1). Esta luz, o luminiscencia, contrario al tipo de luz que\u00a0observamos en nuestros hogares, oficinas y autos, tiene la caracteri\u0301stica de no producir calor, por lo que suele considerarse como \u201cluz fri\u0301a\u201d y se puede observar en diferentes tonalidades de color de acuerdo con la longitud de onda en que se este\u0301 excitando y a la que la mole\u0301cula emita.<\/span><\/p>\n

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Es importante tener presente que en una mole\u0301cula o material existen diversas fuentes para propiciar la emisio\u0301n de luz, por ejemplo, es posible utilizar un campo ele\u0301ctrico (electroluminiscencia) o un campo magne\u0301tico (magnetoluminiscencia); por otro lado, si se utiliza ultrasonido (sonoluminiscencia), o bien si se utiliza calor (incandescencia), cuando se utilizan fotones (fotoluminiscencia) y cuando la luminiscencia se produce mediante una reaccio\u0301n qui\u0301mica (quimioluminiscencia). Siendo estas dos u\u0301ltimas las ma\u0301s comunes (Ba\u0301ez-Rodri\u0301guez et al<\/em>., 2019).<\/span><\/p>\n

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En el proceso de la luminiscencia existen tres etapas importantes: la excitacio\u0301n de la mole\u0301cula (donde la fuente de energi\u0301a puede ser diversa, como se menciono\u0301 anteriormente); la absorcio\u0301n de energi\u0301a por parte de la mole\u0301cula y, finalmente, la emisio\u0301n de energi\u0301a en forma de luz. En este sentido se puede hacer uso del conocido diagrama de Jablonski para explicar las etapas y los procesos de migracio\u0301n de energi\u0301a en dicho feno\u0301meno (figura 2).<\/p>\n

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En la primera etapa, la mole\u0301cula es irradiada (excitada) por una fuente externa y e\u0301sta absorbe la energi\u0301a, lleva\u0301ndola de un estado de menor energi\u0301a a un estado\u00a0excitado (de mayor energi\u0301a); en la segunda etapa la mole\u0301cula se encuentra en un estado excitado, el cual dura poco tiempo debido a que e\u0301stos tienden a volverse estados de relajacio\u0301n, ocasionando que la energi\u0301a absorbida se disipe\u00a0<\/span>parcialmente (fluorescencia); finalmente, durante la u\u0301ltima etapa la energi\u0301a del foto\u0301n previamente absorbido es emitida despue\u0301s de un cruce entre sistemas (fosforescencia) (Gonza\u0301lez-Roldan et al<\/em>., 2015).<\/span><\/p>\n

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BIOLUMINISCENCIA<\/h4>\n
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La naturaleza en muchas ocasiones nos permite disfrutar de especta\u0301culos visuales asombrosos, como las auroras boreales, los arcoi\u0301ris, las estrellas, la luz que se observa en las tormentas ele\u0301ctricas, etce\u0301tera. Sin embargo, algunos organismos vivos tambie\u0301n son protagonistas de su propio especta\u0301culo visual, gracias a que poseen la capacidad de producir luz a voluntad, la cual es aprovechada para distintos propo\u0301sitos, por ejemplo, como medio de defensa o reproduccio\u0301n. En estos casos es muy comu\u0301n cometer el error de referirnos a estos organismos como \u201corganismos brillantes\u201d, y lo que realmente esta\u0301 ocurriendo en ellos es una serie de reacciones en las que se libera energi\u0301a que podemos apreciar en forma de luz.<\/p>\n

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Esta habilidad de los seres vivos para producir luz propia ocurre de dos maneras principalmente: (1) cuando se origina por la presencia de mole\u0301culas fotoexcitables, que absorben luz a una determinada longitud de onda, y en consecuencia la emiten a una distinta longitud de onda a la que fue absorbida (fotoluminiscencia); o bien, (2) puede ocurrir mediante quimioluminiscencia, un feno\u0301meno causado por la interaccio\u0301n de la luciferasa (enzima que facilita la reaccio\u0301n) y la luciferina, que en presencia de oxi\u0301geno ocasionan la emisio\u0301n de energi\u0301a en forma de luz. Este feno\u0301meno ocurre cuando la luciferina es oxidada por el oxi\u0301geno, en donde es esencial la presencia de la luciferasa para acelerar la reaccio\u0301n y una mole\u0301cula de ATP (adenosi\u0301n trifosfato),\u00a0el cual proporciona la energi\u0301a necesaria. Los organismos bioluminiscentes pueden producir luz azul, verde o en algunos casos de color rojo (Haddock, et al<\/em>., 2009).<\/span><\/p>\n

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La luciferina es un compuesto heteroci\u0301clico, es decir, una mole\u0301cula que posee un sistema de anillos en los que un a\u0301tomo distinto al carbono puede estar presente (como nitro\u0301geno, oxi\u0301geno o azufre). La luciferina posee en\u00a0su estructura un anillo de tiazolina y otro de benzotiazol (figura 3b); podri\u0301a decirse que el lado del anillo de la tiazolina es la parte ma\u0301s activa de la mole\u0301cula, puesto que e\u0301ste es el fragmento que interactu\u0301a con la luciferasa, para la posterior produccio\u0301n o emisio\u0301n de bioluminiscencia. Hasta hace algu\u0301n tiempo, el caso de las lucie\u0301rnagas (figura 3a) era el ma\u0301s conocido; sin embargo, es bien sabido que hay muchos ma\u0301s organismos capaces de producir su propia luz (Meighen, 1991).<\/span><\/p>\n

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Aunque algunos organismos terrestres, como las lucie\u0301rnagas, larvas y algunos hongos son ejemplos de organismos bioluminiscentes, la bioluminiscencia es observable principalmente en organismos de ambiente marino, por ejemplo, cteno\u0301foros, sinofo\u0301ros, dinoflagelados y algunas bacterias (Meighen, 1991; Haddock, et al.<\/em>, 2009). Estos organismos marinos poseen la capacidad de iluminar algunas partes de su cuerpo de manera controlada e incluso modular la intensidad de la luz que emiten.<\/p>\n

Como ya se menciono\u0301, es ma\u0301s comu\u0301n observar organismos marinos luminiscentes, pero \u00bfcua\u0301l es el propo\u0301sito de producir esta luz? Resulta interesante que los organismos que habitan en zonas no profundas con abundante luz han desarrollado cuerpos translu\u0301cidos para evadir a sus depredadores, y algunos otros permanecen en zonas ma\u0301s profundas durante el di\u0301a para evitar ser vistos. En este sentido, si algunos organismos buscan ocultarse, \u00bfpor que\u0301 producir luz si e\u0301sta los puede poner a la vista de sus depredadores?, se sabe que la mayori\u0301a de estos organismos recurren a la luminiscencia como mecanismo de defensa, para simular la luz procedente de la superficie y de esta manera ocultarse, o bien asustar a sus depredadores, distraye\u0301ndolos mientras huyen o simplemente atraer al depredador del organismo que atente contra su integridad (Bioluminiscencia, 2016).<\/p>\n

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COMPUESTOS LUMINISCENTES<\/h4>\n
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Si bien la luminiscencia es un feno\u0301meno natural, que se observa en ciertos organismos, en el laboratorio tambie\u0301n es posible obtener compuestos qui\u0301micos que presenten dicha propiedad, por lo que el disen\u0303o y si\u0301ntesis de mole\u0301culas que posean esta caracteri\u0301stica es una labor de intere\u0301s para los qui\u0301micos orga\u0301nicos e inorga\u0301nicos. En la bibliografi\u0301a mucho se ha mencionado de la obtencio\u0301n de compuestos luminiscentes, por lo que en esta parte nos centraremos en los compuestos de coordinacio\u0301n con iones lanta\u0301nidos, ya que durante las u\u0301ltimas de\u0301cadas ha tenido gran impacto, debido a las diversas a\u0301reas en las que se pueden aplicar, por ejemplo, tienen importancia tecnolo\u0301gica en la fabricacio\u0301n de materiales o\u0301pticos y magne\u0301ticos, asi\u0301 como para cata\u0301lisis y aditivos, en la industria metalu\u0301rgica (Bu\u0308nzli, 2006).<\/p>\n

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Un compuesto de coordinacio\u0301n esta\u0301 constituido ba\u0301sicamente por dos partes importantes: una mole\u0301cula orga\u0301nica o cromo\u0301foro (mejor conocido como ligante) y un metal, en donde el metal se encuentra \u201csecuestrado\u201d mediante enlaces de coordinacio\u0301n proveniente de la parte orga\u0301nica. La eficiencia en la luminiscencia en este tipo de compuestos depende, en gran parte, de la capacidad del ligante para absorber la energi\u0301a que se le suministre (Chang y Goldsby, 2013). Mientras ma\u0301s ricos en electrones \u03c0 conjugados sean los ligantes (electrones propios de un doble enlace), ma\u0301s eficiente sera\u0301 la transferencia de energi\u0301a al metal. E\u0301ste es un proceso mejor conocido como \u201cefecto antena\u201d y es muy caracteri\u0301stico en los compuestos de coordinacio\u0301n obtenidos con metales de transicio\u0301n interna (lanta\u0301nidos) (figura 4).<\/p>\n

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En este caso las transiciones electro\u0301nicas responsables de la luminiscencia son muy de\u0301biles y por lo tanto es muy difi\u0301cil observarla. Cuando una mole\u0301cula orga\u0301nica se comporta como una buena\u00a0\u201cantena\u201d\u00a0y absorbe de manera eficiente la energi\u0301a, e\u0301sta tiene la capacidad de transferirla al centro meta\u0301lico, favoreciendo de esta manera la estimulacio\u0301n de las transiciones electro\u0301nicas del metal, se dice entonces que \u201cse sensibiliza la luminiscencia\u201d, ocasionando la emisio\u0301n de luz.<\/span><\/p>\n

Los lant\u00e1nidos presentan transiciones electr\u00f3nicas muy caracter\u00edsticas para cada n\u00facleo at\u00f3mico, dichas transiciones se observan a diferentes longitudes de onda, yendo desde el UV-Visible (Gd\u00b3\u207a, Tm\u00b3\u207a, Tb\u00b3\u207a, Sm\u00b3\u207a y Eu\u00b3\u207a) hasta el infrarrojo cercano (Pr\u00b3\u207a, Nd\u00b3\u207a, Er\u00b3\u207a y Yb\u00b3\u207a), por lo que resulta interesante observar diferentes colores, por ejemplo, el ion Sm\u00b3\u207a produce un color anaranjado, mientras que el ion Eu\u00b3\u207a un color rojo, y el ion Tb\u00b3\u207a un color verde muy caracter\u00edstico (figura 5). Como resultado de estas transiciones electr\u00f3nicas, algunos de los lant\u00e1nidos presentan luminiscencia, por un lado, los iones Pr\u00b3\u207a (praseodimio), Nd\u00b3\u207a (neodimio), Ho\u00b3\u207a (holmio), Er\u00b3\u207a (erbio) y Yb\u00b3\u207a (iterbio) presentan fluorescencia, mientras que los iones Sm\u00b3\u207a (samario), Eu\u00b3\u207a (europio), Gd\u00b3\u207a (gadolinio), Tb\u00b3\u207a (terbio), Dy\u00b3\u207a (disprosio) y Tm\u00b3\u207a (tulio) presentan fosforescencia (Uh y Petoud, 2010).\"\"<\/a><\/p>\n

CONCLUSIONES<\/b><\/h4>\n

La obtenci\u00f3n y estudio de compuestos luminiscentes (ya sean sint\u00e9ticos o naturales) es de gran importancia, pues se les puede dar diversas aplicaciones, por ejemplo, existen reportes sobre el uso de compuestos de coordinaci\u00f3n con lant\u00e1nidos y otros metales para su uso como biomarcadores por su gran luminiscencia. En el \u00e1mbito de la \u00f3ptica, se ha mencionado que pueden utilizarse como diodos org\u00e1nicos emisores de luz (OLED\u00b4s) o bien en tintas de seguridad.<\/p>\n

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*Universidad Veracruzana, Orizaba, M\u00e9xico.
\nContacto: deliahernandez@uv.mx<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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REFERENCIAS<\/b><\/h4>\n

B\u00e1ez-Rodr\u00edguez, A., Zamora-Peredo, L., Garc\u00eda-Gonz\u00e1lez, L., et al<\/i>. (2019). Luminescent materials: natural and synthetic. Materia, Ciencia y Nanociencia.<\/i> 2(1):21-30.<\/p>\n

B\u00fcnzli, J.C.G. (2006). Benefiting from the unique properties of lanthanide ions. Accounts of Chemical Research<\/i>. 39(1):53-61. Doi:10.1021\/ar0400894<\/p>\n

Chang,R., y Goldsby, K.A. (2017). Qu\u00edmica<\/i>. M\u00e9xico: Mc Graw Hill\/Interamericana Editores.<\/p>\n

Gonz\u00e1lez Rodal, D., Godino Ojer, M., Smuszkiewicz, \u00c1., et al<\/i>. (2015). T\u00e9cnicas luminiscentes en criminal\u00edstica. Revista 100cias@ uned<\/i>. 8:76-82.<\/p>\n

Haddock, S.H., Moline, M.A., y Case, J.F. (2009). Bioluminescence in the sea. Annual Review of Marine Science.<\/i> 2:443-493. Doi:10.1146\/annurev-marine-120308-081028<\/p>\n

Meighen, E.A. (1991). Molecular biology of bacterial bioluminescence. Microbiology and Molecular Biology Reviews.<\/i> 55(1):123-142. Doi:0146-0749\/91\/010123-20$02.00\/0<\/p>\n

Uh, H., y Petoud S. (2010). Novel antennae for the sensitization of near infrared luminescent lanthanide cations. Comptes Rendus Chimie.<\/i> 13(6-7):668\u2013680. Doi:10.1016\/j.crci.2010.05.007<\/p>\n

National Geographic. (2016). Bioluminiscencia. Una de las principales fuentes de luz del planeta son los seres vivos. National Geographic Espa\u00f1a.<\/i> Disponible en: https:\/\/www.nationalgeographic.com.es\/ciencia\/grandes-reportajes\/bioluminiscencia-2_8954\u00a0<\/span><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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