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
Jak využít nejjemnější část betonového odpadu, pro kterou dnes recyklace jen obtížně hledá uplatnění a která často končí na skládkách? Čeští vědci prokázali, že takový betonový prach lze pomocí bakteriálně řízených procesů spojit do soudržného materiálu – a to bez použití cementu.   Výzkum přitom přinesl nečekané zjištění: účinnější než původně testované ureolytické bakterie byly […]
Vlajka, medaile, plyšák, flétna nebo třeba Krteček. Astronauti si na oběžnou dráhu vozí nejen vědecké vybavení, ale také malé předměty s velkým příběhem. Teď dostává šanci vybrat český symbol veřejnost. Co byste poslali do vesmíru Vy?   Co by mělo reprezentovat Českou republiku stovky kilometrů nad Zemí? Předmět připomínající českou historii, vědecký objev, kulturní tradici, […]
Fytoakustika patří mezi nové vědní obory, které zásadně mění naše představy o životě rostlin. Ještě před několika desetiletími byly rostliny považovány za tiché a pasivní organismy, které pouze reagují na změny prostředí. Moderní výzkum však ukazuje, že skutečnost je mnohem zajímavější. Rostliny totiž dokážou své okolí vnímat prostřednictvím mechanických podnětů a samy také vydávají zvuky […]
Japonský automobilový gigant Toyota je známý jako pionýr vodíkového pohonu v osobních autech. Jenže vývoj na trhu ukazuje, že potenciál vodíkových palivových článků sahá mnohem dál než jen k pohonu kol. Toyota nyní masivně rozšiřuje využití svých technologií do stacionárních generátorů elektřiny, které mohou zachraňovat přetížené sítě i dodávat energii nemocnicím.   Když se řekne […]
reklama
Historie
Frida Kahlo měla doma zvěřinec
Fridě Kahlo je 46 let, má po amputaci nohy a její závislost na lécích se stupňuje. „Nikdy v životě jsem netrpěla víc,“ zapíše si v únoru 1954 do deníku. Ani tak se ale ze svého milovaného Modrého domu nechce hnout. Strávila v něm koneckonců celý život.   Ozve se hlasitá rána a přeplněný školní autobus sjede z cesty do […]
Chtěla si první dáma Filipín koupit Beatles?
„Nevím, prostě nevím, kterou si vybrat,“ naříká nad kabelkami manželka filipínského prezidenta Marcose při návštěvě jednoho z butiků. Nakonec se rozhodne, že ho koupí celý, a to i s vyděšenou prodavačkou.   Její dětství má k rodinné idylce hodně daleko. Imelda (*1929), budoucí první dáma Filipín,  vyrůstá v toxickém prostředí. Její otec Vicente Romualdez má z prvního manželství […]
Klášter Pannonhalma je starý jako samo Maďarsko
Císař Josef II. ke konci 18. století zruší v rakouské monarchii stovky klášterů. Odejít musejí také benediktýni z Pannonhalmského arciopatství. O necelé dvě dekády později se ale do zdejšího kláštera mohou mniši vrátit. Stačilo, aby splnili jednu podmínku…   Pannonhalmský klášter, který stojí na malém pahorku jižně od Györu, je stejně starý jako samotné Maďarsko. […]
Zaplatil za triumf Řeků profesionální běžec životem?
Vysílený muž, pokrytý potem a prachem, padá k zemi před shromážděním mocných Athéňanů. „Zvítězili jsme!“ zašeptá a zemře. Skutečně se ale tato scéna v dějinách odehrála?   První perská invaze do Řecka neslavně končí porážkou u Marathonu 12. září 490 př. n. l. Střetne se v ní až 30 000 Peršanů s o poznání méně početnou armádou Athén. Řekové […]
Zajímavosti
Vanilka: Lusky, které dobyly svět!
Vanilku si oblíbí už dávní Totonakové z jihovýchodního Mexika, kteří ji považují za dar bohů. Aztékové ji později míchají s kakaem a Olmékové ji používají při rituálech. Když se pak dostává díky španělským dobyvatelům do Evropy, okouzlí vanilková chuť i vůně celý kontinent.   Když se řekne vanilka, většina z nás si představí voňavý lusk […]
Ledňáček: Osamělý lovec i létající drahokam
Když se člověk prochází kolem řeky nebo klidného rybníka, většinou netuší, že v jeho blízkosti sedí jeden z nejkrásnějších ptáků Evropy. Ledňáček říční, malý drahokam s peřím jako z palety excentrického malíře, patří k nejbarevnějším zvířatům, jaká u nás vůbec žijí.   I když je na světě okolo 90 různých druhů ledňáčků, pouze tento hnízdí […]
Alcázar v Seville: Nejstarší královský palác Evropy
Vstoupit do sevillského Alcázaru znamená ocitnout se v jiném světě, kde se mísí vůně dávné Arábie s příběhy španělských královen, rytířů, básníků i diplomatů. Zcela oprávněně patří mezi nejnavštěvovanější paláce Evropy. Není divu, že láká historiky, turisty i filmaře.   Tento maurský skvost je zcela oprávněně považován za jednu z nejkrásnějších staveb Španělska. Protože je […]
Příběh lyžařského vleku: Vozí lidi místo banánů!
Abychom si mohli užít vzrušující jízdu, musíme se nejdřív dostat na kopec! Jak to ale udělat? První lyžaři musejí pěšky. Komu se nechce, může využít psí spřežení. Do některých svahů jezdí vlaky, ovšem pořád to není ono…   Německý farmář Robert Winterhalder (1866–1932) vlastní mlýnský statek s restaurací a penzionem u Eisenbachu v Černém lese. […]
Záhady a napětí
Magický trojúhelník Karlova mostu: Jak astronomie a numerologie stvořily energetický štít Prahy
Když 9. července 1357 položil císař Karel IV. základní kámen nejslavnějšího českého mostu, nebyla to náhoda. Otec vlasti byl vysokým zasvěcencem v oblasti tajných nauk a astrologie. Společně s dvorními mágy prý navrhl Karlův most jako gigantický energetický harmonizátor, který měl Prahu chránit před temnými silami, povodněmi a nepřáteli. Jak přesně osa mostu směřuje k […]
Tajemná světla od hory Brown Mountain: Záhada, která inspirovala Akta X!
Nad severoamerickou horou Brown Mountain bývají čas od času pozorovány tajemné světelné koule přelétající vysokou rychlostí nad korunami stromů. Existuje řada fotografií či nahrávek, které je zachycují. Světla se dokonce objevila i v kultovním seriálu Akta X. Dodnes však zůstávají bez vysvětlení. Co může být jejich zdrojem?   Speciální agent FBI Fox Mulder se v […]
Vesmírná lékárna: Léčili starověcí šamani podle frekvencí hvězd?
Co když chvíle, kdy léčitel utrhne list nebo vyhrabe kořen, zásadně mění sílu jeho účinku? Staré medicínské tradice spojují lidské zdraví, rostliny a noční oblohu do jediného systému. Člověk je v něm obrazem vesmíru a nemoc poruchou kosmického řádu.   Zní to jako magie? Jenže moderní botanika dnes například připouští, že rostliny reagují i na […]
Létající mnich z Červeného kláštera
Vysoko nad tmavými lesy Pienin se vznáší podivný stín. Několik pastýřů si zaclání oči před zapadajícím sluncem a nevěřícně sleduje postavu, která se odlepila od vrcholu Tří korun. Zdá se, jako by nějaký člověk v třepotajícím se hábitu rozprostřel obrovská křídla a plachtil přes horské štíty. Chvíli se vznáší v tichu, poté se ozve vzdálené […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Jan Karski svědčil o hrůzách polských ghett
historyplus.cz
Jan Karski svědčil o hrůzách polských ghett
Jan Karski vidí nacistické hrůzy páchané na Židech přímo na vlastní oči, když se dobrovolně vydá do varšavského ghetta a potom do tábora ve východopolské Izbici. Na to, co tam zažije, už bohužel nikdy nezapomene. V roce 1939, když do Polska vpadnou nacisté, má 25letý Jan Kozielewski (1914–2000) slušně rozjetou kariéru. Po vystudování práv a
Sídlo, které nezemřelo najednou. Podivný konec města Ulpia Traiana Sarmizegetusa
enigmaplus.cz
Sídlo, které nezemřelo najednou. Podivný konec města Ulpia Traiana Sarmizegetusa
Pulzuje tu život. Ulice jsou plné lidí, z chrámů znějí modlitby, v amfiteátru se odehrávají krvavé podívané a v centru města rozhodují úředníci o osudu celé římské Dácie. Pak přijde rok 271 a Římané o
Pití příliš teplých nápojů zvyšuje riziko rakoviny jícnu
21stoleti.cz
Pití příliš teplých nápojů zvyšuje riziko rakoviny jícnu
Kdo by se s příchodem podzimu a chladných dní netěšil na šálek horké kávy či čaje. Odborníci však nabádají k tomu, aby lidé před konzumací nechali nápoje trochu vychladnout, pokud se do budoucna necht
Co kdyby Slunce nahradila černá díra? Nastala by vesmírná zima
epochaplus.cz
Co kdyby Slunce nahradila černá díra? Nastala by vesmírná zima
Představte si, že někdo zmáčkne obří kosmické tlačítko a místo Slunce se uprostřed naší soustavy objeví černá díra, přesně stejně hmotná jako naše hvězda. První překvapení? Země by se nikam nezřítila. Žádné okamžité „šup a jsme uvnitř“, žádný kosmický vysavač. Planeta by dál poslušně obíhala po své dráze. Jenže pak by přišel problém, proti kterému
Z Blaníku na Říp a zase zpátky: Vydejte se po stopách českých legend
epochanacestach.cz
Z Blaníku na Říp a zase zpátky: Vydejte se po stopách českých legend
Na jedné straně bájný Blaník s vojskem spících rytířů, na druhé Říp, z něhož měl praotec Čech poprvé spatřit svou zaslíbenou zemi. Dvě hory opředené českými pověstmi dnes propojují poutní cesty dlouhé dohromady téměř 500 kilometrů. A kdo se po nich vydá s fotoaparátem, může své zážitky proměnit také v soutěžní snímky. Blaník a Říp
Nejhorší mužské zlozvyky
nejsemsama.cz
Nejhorší mužské zlozvyky
Podívali jsme se s lehkou nadsázkou na to, čím nás muži v jednotlivých slunečních znameních zvládají nejspolehlivěji vyvést z míry. Než nad nimi ale zlomíte hůl, raději si nalijte sklenku vína a zasmějte se tomu společně. Beran (21. 3. – 20. 4.) Trpělivost u něj nehledejte, všechno musí být hned, ideálně ještě včera. Když není po jeho, okamžitě rozehraje drama, jako by
Zničí lásku Heidi Klum žárlivost?
nasehvezdy.cz
Zničí lásku Heidi Klum žárlivost?
Co si o tom myslet? Německoamerická topmodelka Heidi Klum (53) má v poslední době viditelných pár kilo navíc. Zatímco ale jiné ženy by z toho měly možná těžkou hlavu, ona si libuje, jak tím udělala
Cizrnový salát s mrkví
tisicereceptu.cz
Cizrnový salát s mrkví
Suroviny 1 mrkev 1 červená cibule 1–2 svazky ředkviček 1 hrst hladkolisté petržele 200 g cizrny Zálivka 3 lžíce olivového oleje 1 lžíce citronové šťávy sůl Postup Cizrnu namočte d
Na válku se zapomenout nedá
skutecnepribehy.cz
Na válku se zapomenout nedá
Vnuci mi říkají, že bych měla napsat, co se stalo za války. Ne proto, že to bylo tak jedinečné nebo zajímavé, ale proto, aby se na to nezapomnělo. Před válkou jsme bydleli v malém domku. Tatínek František pracoval jako strojník v továrně, maminka Marie šila a starala se o nás tři děti, mě, staršího bratra Honzu a mladší sestřičku Věrušku.
Aston Martin a Brough Superior představují svůj první motocykl schválený pro silniční provoz
iluxus.cz
Aston Martin a Brough Superior představují svůj první motocykl schválený pro silniční provoz
Aston Martin a Brough Superior s hrdostí představují model AMB 002 Roadster. Jde o první silniční motocykl, který vzešel z pokračující spolupráce těchto dvou věhlasných britských značek s bohatou hist
Náplast: Ale kterou?
panidomu.cz
Náplast: Ale kterou?
Stačí, aby vám nešikovně sjel nůž při krájení mrkve, a začnete ji hledat. Náplast. Ale jaká vlastně bude na prstu držet? A to je správná otázka a je na ni i odpověď, když se v lékárně zeptáte. Protože náplasti se od svého objevu na začátku průmyslové výroby někdy před sto padesáti lety hodně vyvinuly k
Textury a dekory pro stěny
rezidenceonline.cz
Textury a dekory pro stěny
Tapeta jako výrazové gesto definuje atmosféru místnosti. Vzor, textura, barevnost, to vše vytváří vizuální rytmus, který ovlivňuje vnímání prostoru. Nálada interiéru tak může být ve výsledku klidná i bouřlivá, ale vždy by měla být promyšlená. Dobře zvolená tapeta dokáže proměnit prostor bez nutnosti stavebních zásahů. Je to nástroj, který pracuje s emocí, rytmem i světlem,
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