Made available in DSpace on 2016-06-02T20:20:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4406.pdf: 2884968 bytes, checksum: a40d69433ee7cef0093f66b8c32c1bb8 (MD5) Previous issue date: 2012-03-06 / Universidade Federal de Minas Gerais / Bioluminescence in beetles is dependent on luciferase which evolved from AMP/CoA ligases. The cDNA of a luciferase-like enzime was cloned from the Malpighian tubules of Zophobas morio mealworm (Coleoptera: Tenebrionidae). The gene product of this cDNA displays weak luminescence and it is composed of 528 aminoacids residues with N-terminal and C-terminal sequences signal addressed to smooth endoplasmic reticulum membrane. Although having a low identity (26-32%) with beetle luciferases, this enzyme is a reasonable protoluciferase model to investigate the origin and evolution of beetle luciferases. The luciferin binding site is higly conserved among the beetle luciferases. However, in this protoluciferase of Z. morio, most of these residues of this motif are substituted by others. Using a site-directed mutagenesis survey some of aminoacids residues of this protoluciferase, which are located at correspondent luciferin binding site of luciferases, were replaced by the conserved residues of beetle luciferases. Most of the substitutions had negative effect on the luminescent activity, however, the substitution I327T, which is located in a β-hairpin motif close to the luciferin binding site, improved the luminescence activity. Such substitution indicates the importance of this motif for luciferase activity and indicates a possible route for the evolution of bioluminescence function of beetle luciferase. Since this enzyme is located in the Malpighian tubules, which are involved in excretion and metabolization of carboxylic substrates, this enzyme could be involved to excretion the some type of chemical compound. Regardless of the function the results show that the potential for bioluminescent activity is older and probably arose before the divergences of the Coleoptera bioluminescent families. / A bioluminescência em coleópteros é dependente das luciferases, enzimas que evoluíram das AMP-CoA ligases. O cDNA de uma enzima tipo-luciferase foi clonado dos túbulos de Malphighi de larvas de Zophobas morio (Coleoptera: Tenebrionidae). O produto gênico deste cDNA mostra naturalmente uma fraca luminescência na presença de MgATP e luciferina e possui 528 aminoácidos com sequências sinal na região N-terminal e C-terminal endereçadas a membrana do retículo endoplasmático liso. Apesar de ter uma baixa identidade (26-32%) com as luciferases de vaga-lumes, esta enzima é um modelo apropriado de protoluciferase para investigar a origem e evolução das luciferases de besouros. O sítio de ligação da luciferina é altamente conservado entre todas as luciferases de besouros; na protoluciferase de Z. morio porém, a maioria dos resíduos desta região é substituído por outros. Utilizando-se a técnica de mutagênese sitio-dirigida, alguns resíduos de aminoácidos desta protoluciferase, que são localizados na correspondente região do sítio ativo das luciferases, foram substituídos pelos resíduos conservados das luciferases. A maioria das substituições teve um efeito negativo sobre a atividade luminescente. Porém, a substituição I327T, cujo resíduo é localizado em um motivo grampo β, perto do sítio de ligação da luciferina, aumentou sua atividade luminescente. Tal substituição mostra a importância deste motivo para a atividade luciferásica e indica uma possível rota de evolução das luciferases de coleópteros. Uma vez que esta enzima foi extraída dos túbulos de Malpighi, é possível que esteja envolvida com a excreção de algum composto químico. Independente de sua função, os resultados do presente trabalho sugerem que o potencial para atividade bioluminescente é bem antigo nas ligases e provavelmente evoluíram antes da divergência das famílias de coleópteros bioluminescentes.