Úvod
Věda
Planeta země
Historie
Zajímavosti
Lifestyle
Záhady a napětí
Revoluce ve svícení. Svítící enzym „luciferáza“ by mohl nahradit elektrické žárovky

Žárovka už 140 let usnadňuje každodenní život přeměnou elektrické energie na světlo. Lze ji vůbec nahradit? Ano, lze…

Vědci Martin Marek a Martin Toul z Loschmidtových laboratoří, RECETOX, Přírodovědecké fakulty MUNI popsali inovativní a zároveň udržitelný způsob, jak svítit.

Inspirací vědcům jsou organismy žijící na dně moří a oceánů se schopností produkce a emise „studeného“ světla, tzv. bioluminiscence.

O objasnění tohoto procesu se vědci z celého světa pokoušeli poslední čtyři desítky let, ale až brněnští vědci na ukázkovém organismu, jímž byl mořský korál renila fialový (Renilla reniformis), odhalili mechanismus svícení luciferázy, a molekulární podstatu mořského žahavce.

Mohl by v budoucnu rozsvítit naše ulice…(?)

Pohled do katalytického centra Renilla luciferázy, kde dochází k vazbě luciferinu a jeho následné oxidaci, doprovázené emisí viditelného světla. Foto: MUNI SCI
Pohled do katalytického centra Renilla luciferázy, kde dochází k vazbě luciferinu a jeho následné oxidaci, doprovázené emisí viditelného světla. Foto: MUNI SCI

Svítící revoluce

„Zdroje naší planety nejsou bezedné. Neustále se používají fosilní paliva, která obnovitelná nejsou, a jejich masivní používání má negativní dopady nejen na globální ekosystém, ale též na lidské zdraví,“ připomíná biolog Martin Marek.

„Luminiscenční enzymy by mohly být používány v našich každodenních životech, a nejen v laboratořích, kde se využívají běžně.“ Při svícení žárovkou se uvolňuje teplo, zatímco luciferázy teplo neuvolňují a dokážou energii velmi efektivně přeměnit na světlo.

„Náš objev představuje svítící revoluci.“

Jak „vyladit“ enzym?

Brněnští vědci objasnili chemické kroky, které jsou klíčové v procesu bioluminiscence. Ukázali, kam a jak se v molekule enzymu váže energeticky bohatý substrát, tzv.

luciferin. Pomocí metod strukturní biologie a spektroskopických měření zmapovali enzymatickou oxidaci luciferinu a jeho přeměnu na energeticky bohatý meziprodukt, po jehož rozpadu a dekarboxylaci dochází k emisi viditelného modrého záblesku.

Díky pochopení tohoto procesu nyní vědci umí „ladit“ enzym tak, aby generoval světlo požadované vlnové délky a s cílenou délkou svícení.

Ukázka produkce studeného světla smícháním enzymu luciferázy a luciferinu ve zkumavce v laboratorních podmínkách. Foto: MUNI SCI
Ukázka produkce studeného světla smícháním enzymu luciferázy a luciferinu ve zkumavce v laboratorních podmínkách. Foto: MUNI SCI

Budoucnost svícení

Pomocí metody rentgenové krystalografie se vědcům z Loschmidtových laboratoří podařilo svítící enzym zachytit přímo v akci.

Ačkoliv byla struktura samotného enzymu již zmapována dříve, Martin Marek a Martin Toul pomocí metody rentgenové krystalografie dokázali tuto strukturu monitorovat i v okamžiku navázání luciferinu, jehož následnou chemickou přeměnou se generuje světlo.

A právě to jim umožnilo detailně popsat reakci, ke které v enzymu dochází.

Při své práci metodami proteinového inženýrství též zrekonstruovali předka dnešního enzymu luciferázy renily fialové, a tak poodhalili tajemství jeho evoluce z původně nesvítících enzymů.

„Byla to hodinářská práce. Vyvinuli jsme z enzymu několik možných předků a následně jsme je porovnávali.

Díky tomu jsme přesněji pochopili, jak se vyvíjeli jeden z druhého, a ve kterých aspektech se postupně zdokonalovali až do podoby dnešního enzymu s vysokou intenzitou emise světla,“ upřesnil Martin Toul proces hledání.

Aktuálně však před vědci stojí další výzkumná otázka, a to, jak dlouho dokáže enzym svítit bez přerušení.

Doposud v laboratorních podmínkách luciferáza rozsvítila zkumavku na 48 hodin. „Omezením zde zůstává naše neznalost, jakým způsobem živé organismy syntetizují energeticky bohatý luciferin.

Tak, jako jaderný reaktor potřebuje palivo ve formě obohaceného uranu, tak i luciferázy pro svůj provoz potřebují palivo, a tím je právě onen luciferin,“ říká Martin Marek.

Výzkumníci si osvojili metody, jak luciferiny syntetizovat chemicky v laboratoři, ale tento proces je pro praktické využití ekonomicky neefektivní.

„Musíme odhalit biosyntetické dráhy vedoucí ke tvorbě luciferinů a jejich recyklace v buňkách, abychom byli schopni sestrojit geneticky kódovaný a energeticky nezávislý zdroj světla,“ nastiňuje Martin Marek budoucí cesty výzkumu a hledání investorů, kteří by vývoj těchto technologií podpořili.

Ve světě se již vědci zabývají tím, jak využít bioluminiscenční organismy ke svícení, a zjištění brněnských vědců ve spolupráci s francouzskými kolegy umožní přenést tuto myšlenku do každodenního života.

Související články
Do Českého Švýcarska se vrátil oheň. Plameny z jara jsou sice bezpečně uhašeny, znovu ale vzplály varovné hlasy volající po krocích, které by vzrůstající riziko lesních požárů do budoucna minimalizovaly.   Lesní požáry už nejsou problémem pouze vzdáleného Středomoří. S oteplujícím se klimatem, vysušenou krajinou a desetiletími lidských zásahů se z nich stává nový evropský normál […]
Výlet do australské přírody může na věci neznalého turistu působit jako idyla – žádné velké šelmy, možná jen pozor na hady. Jenže také na jedovaté pavouky a štíry a co už tuší málokdo, i na nenápadný keř se srdčitými listy. Stačí letmý dotyk a ozve se pronikavá bolest, která přetrvává i týdny.   Nenápadný tento […]
Když se narodí dítě s těžkou vrozenou vadou jícnu, neodvratně ho čeká série náročných operací a dlouhé roky zdravotních komplikací. Britští vědci nyní představili technologii, která by jednou mohla nabídnout jiné řešení. V laboratoři se jim podařilo vypěstovat funkční náhradu části jícnu, která úspěšně obstála v testech na zvířatech.   Jícen je svalová trubice, spojující […]
Volvo Trucks otevírá další kapitolu v proměně nákladní dopravy. Švédský výrobce oznámil obří investici do nových pohonných technologií, které mají urychlit dekarbonizaci dopravy a zároveň zachovat flexibilitu pro různé trhy po celém světě. Vedle nové generace elektrických kamionů s dojezdem až 700 kilometrů přichází také zcela nová platforma spalovacích motorů připravená na obnovitelná paliva i […]
reklama
Historie
Pád Maximiliena Robespierra: Zuřivého jakobína nikdo nelitoval?
V horké letní noci trpí Robespierre krutými bolestmi. Zmítá se na lůžku a hlavou mu víří kolotoč myšlenek. Když se probere z mdlob, vzpomene si na jednu z pařížských jasnovidek, kterou před lety navštívil. Prorokovala mu tragický osud. Tehdy se jí vysmál.   „Robespierre to dotáhne hodně daleko,“ prohlásil o něm jiný významný francouzský revolucionář, Honoré de Mirabeau […]
Vařila prvorepubliková hospodyně podle sandtnerek?
Hospodyně Františka přemítá, co bude dneska vařit. Pracuje v rodině pana rady a ten má mlsný jazýček. Zalistuje proto rychle v jedné ze „sandtnerek“.    „Zaplaťpánbůh, že už nemusíme chodit s lístky,“ povzdechne si směrem ke služce, kterou má v kuchyni k ruce. Ještě v prvních letech nové republiky fungoval kvůli nedostatku zboží přídělový systém. […]
Úchvatné tiáry britské královské rodiny: Svatební klenot Alžbětě II. praskl
Budoucí královna Alžběta II. se 20. listopadu 1947 vdává za svého vyvoleného Filipa Mountbattena. Aby měla na obřad ve Westminsteru podle tradice „něco vypůjčeného“, její matka jí věnuje jedinečný šperk ze své soukromé kolekce – diamantovou tiáru královny Marie.   „Je to ošklivá špičatá tiára,“ zhodnotil klenot britský politik Sir Henry Channon (1897–1958), když si […]
Dal si doutníkový magnát postavit hrad jako z pohádky?
Střední Evropu v roce 1241 zle poplení Mongolové. Později obávaní kočovníci sice odtáhnou, všichni ale počítají s jejich návratem. Václav I. proto začne jednat. Na další případné řádění barbarů z východu se chce pečlivě připravit!   Český král Václav I. (1205–1253) přijme opatření, která mají posílit obranu jeho království. Zajistit hodlá především severní hranici. Na […]
Zajímavosti
Upíří jelen: Seznamte se, kabar pižmový!
Vypadá jako jelen, vlastní dlouhé špičaté zuby, jeho pižmo najdeme v parfémech celého světa a narazit na něj je velice těžké. Tato charakteristika sedí na jediného zástupce zvířecí říše – kabara pižmového.   V Evropě ho jako první popíše švédský botanik Carl Linné (1707–1778), jenže v Asii o něm ví už celá staletí. Zvíře připomíná jelena, v kohoutku dosahuje […]
Ledová expedice: Jak dostat kostku ledu na Saharu
Arktický mráz, tři tuny ledu, jedno auto, tisíce kilometrů, písek a tropické vedro. To je ve zkratce zdánlivě nesplnitelná výzva, která se promění v úžasné dobrodružství a důkaz, že nic není nemožné.   Vše začíná na podzim 1958 jako hec. Rádio Luxembourg přichází s neobvyklou výzvou. Tomu, kdo dokáže dopravit ze severního polárního kruhu na […]
Smola: Voňavé a léčivé slzy stromů
Když se v lese přiblížíte k jehličnanům, můžete ucítit zvláštní vůni. Vychází z lepkavé látky, která vytéká z poraněného kmene. Kdysi lidé věřili, že právě v ní je síla stromu. Smola také patří k nejstarším surovinám, s nimiž lidstvo pracovalo.   Chrání strom před infekcí, hmyzem a vysycháním. Dá se říct, že je to přírodní […]
Kde se vzalo námořnické tetování?
Do přístavu připlouvá loď, a jakmile zakotví, na souš se vyhrnou námořníci, aby utišili žízeň i chtíč. Jdou oním zvláštním houpavým krokem. A kdyby je někdo nepoznal podle toho, napoví mu potetované paže. Námořnická kérka je totiž něco jako uniforma.   Tetování jako takové má velmi hlubokou minulost. Tetovaný je už pračlověk Ötzi, který zemřel […]
Záhady a napětí
Vražedný dům v Chicagu: Nejděsivější místo USA?
Na rohu ulic West 63rd Street a South Wallace Avenue v Chicagu stojí nenápadná pošta. Nemá žádný speciální nápis ani pamětní desku. A přesto prý místní zaměstnanci neradi chodí do sklepa. Právě tady totiž sídlil sériový vrah H. H. Holmes a také nejpropracovanější past na lidi v dějinách americké kriminalistiky.   Herman Webster Mudgett (1861–1896) přijíždí […]
Tragédie v Aberfanu: Předpověděla dívka smrtící sesuv půdy?
Ráno odchází do školy jako tisíce jiných dětí. Ještě předtím se ale svěří matce s podivným snem. Ve škole, kterou dobře zná, tentokrát nevidí budovu ani spolužáky. Místo nich se před ní tyčí cosi temného. O několik hodin později je mrtvá. Mohla devítiletá   Zahlédla vlastní osud? Dne 21. října 1966 se velšská vesnice Aberfan […]
Upírka z Dunaje: Žena, která chodila po vodě
Je pozdní noc a po hladině Dunaje kráčí žena. Neklesá, nezanechává vlny a pohybuje se tiše, jako by černá voda pod ní byla dlažbou. Muž, který ji z břehu pozoruje, ji údajně poznává, jenže Ruža Vlajna má být v tu chvíli mrtvá celé století. Vesnice Kisiljevo v severovýchodním Srbsku má s upíry nevyřízené účty.   […]
Poltergeist od Rudňan: Záhadné kamenování odnikud!
Kámen dopadl na hladinu řeky bez zvuku, jako by se samotná voda rozhodla mlčet. Mladší z chlapců bolestně strhl ruku, ale další úder ho zasáhl dříve, než si vůbec uvědomil pohyb: tiše, nelidsky přesně. „Odkud…?“ zachrčel starší student, ale v houštině na břehu nebyl nikdo, kdo by po nich mohl cokoliv házet. A když se […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Můžou vám bublinky zničit úsměv?
nejsemsama.cz
Můžou vám bublinky zničit úsměv?
Nic neosvěží během letních veder tak, jako vychlazená perlivá voda. V poslední době se však často mluví o tom, že není úplně bez rizik. Je to pravda, nebo jde jen o fámu? Pojďte se na to s námi podívat. Jednou se říká, že nám prospívá, pak zase že ne a pít bychom ji často neměly.
Orientální baklava
tisicereceptu.cz
Orientální baklava
Kus sladké exotiky i u vás doma Suroviny 450 g listového těsta 120 g másla 300 g vlašských ořechů 2 lžičky mleté skořice a cukru Na sirup 340 g cukru krystal 6 lžic medu 340 ml vody
Ráj proměněný v peklo. I Venuši možná kdysi pokrýval oceán
21stoleti.cz
Ráj proměněný v peklo. I Venuši možná kdysi pokrýval oceán
Dnes je Venuše nejžhavější planetou Sluneční soustavy, je dokonce teplejší než k Slunci bližší Merkur. Na jejím povrchu panují teploty kolem 464 °C, atmosféra je více než devadesátkrát hustší než na Z
Prostor, který roste s dítětem
rezidenceonline.cz
Prostor, který roste s dítětem
Je to svět, který se vyvíjí a proměňuje od prvních dětských krůčků až po dospívání. Správně navržený pokoj podporuje bezpečí, kreativitu, soustředění i odpočinek a reaguje na každou etapu života a specifické potřeby dítěte. Pro nejmenší je klíčová jednoduchost, měkkost a bezpečí, proto by pokoj miminka měl působit především klidně a útulně. Předškolní věk je
Časté mýty v péči o zuby
panidomu.cz
Časté mýty v péči o zuby
Mít krásné zuby chce každý. A tak většina lidí o ně pečuje. I stomatologie pokročila a umí téměř zázraky. Přesto se některé mýty, které se tradují, nedaří vyvrátit. Které?   Večer místo čištění snězte jablko Jedna z nejoblíbenějších pověr už z časů našich babiček, kterou se rozhodně nevyplatí praktikovat. Jablko opravdu zuby nevyčistí. Obsahuje sacharidy,
Město, které pohlcuje moře: Jak slavný Dunwich mizí pod hladinou
epochaplus.cz
Město, které pohlcuje moře: Jak slavný Dunwich mizí pod hladinou
Na východním pobřeží Anglie leží místo, které vypadá nenápadně. Jen málokdo by dnes hádal, že právě zde kdysi stojí jeden z nejvýznamnějších anglických přístavů. Středověký Dunwich soupeří svým významem s Londýnem, pyšní se kostely, kláštery i rušnými tržišti. Pak se ale příroda obrátí proti němu. Bouře, mořská eroze a postupující pobřeží během několika staletí pohltí
V nočních hernách byl Vinklář jako doma
nasehvezdy.cz
V nočních hernách byl Vinklář jako doma
Jako manžel Josef Vinklář (†76) zklamal, jako otec se zase dočkal zklamání on. Byl sice skvělý herec, ale žít s Josefem Vinklářem (†76) nebyl žádný med, o čemž se přesvědčily i jeho slavné manželky
Má první láska je i nadále se mnou
skutecnepribehy.cz
Má první láska je i nadále se mnou
Pokud někdo opravdu miluje, nemůže ho zastavit ani smrt. Moje velká láska nade mnou stále drží ochrannou ruku, i když už tu dávno není. V době dospívání jsem si příliš nevěřila. Patřila jsem k těm neprůbojným, uzavřeným typům. Ve třídě jsem byla spíš za šedou myšku, co sedává sama v koutě. Taková obyčejná holka Nebyla jsem
Dům, který vypadá jako z jiné planety. Futuristické Solo Houses se staly sídlem seriálového Edenu
iluxus.cz
Dům, který vypadá jako z jiné planety. Futuristické Solo Houses se staly sídlem seriálového Edenu
Na první pohled připomíná kosmickou základnu. Teprve při bližším pohledu je zřejmé, že nejde o filmovou kulisu vytvořenou počítači, ale o skutečnou stavbu ukrytou v divoké krajině španělského regionu
Kroky v prázdných chodbách a přízraky v oknech: Nejděsivější domy v Česku budí hrůzu
enigmaplus.cz
Kroky v prázdných chodbách a přízraky v oknech: Nejděsivější domy v Česku budí hrůzu
Nejsou to jen staré pověsti vyprávěné u ohně. Po celé naší republice stojí domy, statky a zámky, které mají pověst míst, kde se zjevují přízraky, ozývají nevysvětlitelné zvuky nebo se dějí podivné jev
Slavnostní otevření Panamského průplavu: Američané museli nejdřív porazit moskyty
historyplus.cz
Slavnostní otevření Panamského průplavu: Američané museli nejdřív porazit moskyty
Měla to být sláva se vším všudy. Lavice pro hosty z celého světa však zejí prázdnotou. Cestu nákladní lodi SS Ancon právě otevřeným Panamským průplavem sleduje jen hrstka přítomných. Svět vstoupil do války, lidé proto o jednu z největších staveb v dějinách ztrácejí zájem.   Byla to bída. Když Američané v roce 1904 převzali od
8 důvodů, proč letos v létě vyrazit do Madonna di Campiglio
epochanacestach.cz
8 důvodů, proč letos v létě vyrazit do Madonna di Campiglio
Dolomity umí být dramatické, ale málokde je jejich krása tak snadno dostupná jako v oblasti Madonna di Campiglio. Stačí pár minut v lanovce a ocitnete se mezi skalními věžemi, horskými jezery a nekonečnými výhledy. Přinášíme tipy na osm zážitků, kvůli kterým stojí za to naplánovat si letní dovolenou právě sem. Madonna di Campiglio uhrane každé
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz