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
Invaze exotických druhů jsou hlavní hrozbou pro přírodní rozmanitost u nás i na Zeměkouli. Zejména exotické stromy a keře dokáží zcela změnit podmínky a vytlačit původní rostliny a živočichy. Jednou z nejproblematičtějších dřevin je trnovník akát (Robinia pseudoacacia), původně severoamerický strom, který se v Evropě masivně rozšířil během 20. století.   Problém představuje v chráněných […]
Ještě v 60. letech minulého století znamenala diagnóza dětské leukémie téměř jistou smrt. Dnes přežívá drtivá většina malých pacientů. Tento obrat není dílem jednoho zázračného léku, ale výsledkem desetiletí mravenčí práce, mezinárodní spolupráce a odvahy zkoušet nové cesty. Představte si dobu, kdy lékaři museli rodičům sdělit, že jejich dítěti zbývá jen pár týdnů života. Taková […]
Nanočástice stříbra byly považovány za zbraň č. 1 v boji s bakteriemi odolnými vůči antibiotikům. Vědci z přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého však upozorňují, že bakterie se systematicky adaptují i na nanomateriály včetně stříbra. Je to další facka vědě?   Nejde přitom o náhodné nebo přechodné jevy, ale o komplexní soubor obranných strategií, které se opakují napříč různými bakteriálními kmeny i typy […]
Z pohledu mozku je lež výrazně náročnější než pravda. Říct pravdu znamená vytáhnout hotovou informaci z paměti. Zalhat znamená hned několik věcí najednou: pravdu potlačit, vymyslet alternativní verzi, uhlídat její konzistenci a ještě sledovat reakci protistrany. Mozek se při tom pořádně zapotí.   Neurovědci dlouhodobě sledují, že při lhaní se aktivuje především prefrontální kortex, tedy […]
reklama
Historie
Rozezvučel bojovný mnich nebeské varhany?
Na pódium vystupuje za ovací davu mnich v bílé říze. Přichází vyzvat všechny přítomné, aby šli na smrt ve jménu své víry. Pod vlivem jeho slov lidé klesají na kolena a zanedlouho se ochotně vydají do války v daleké zemi.   Druhá křížová výprava do Svaté země je papežem vyhlášena, ale to neznamená, že se všichni do […]
Fort Jefferson: O 16 milionů cihel se nikdy neválčilo
Na první pohled se mu ta skupinka opuštěných ostrůvků zalíbila. Jeví se jako ideální místo pro vybudování námořní stanice. Bohužel komodor David Porter zjistí, že na nich není žádná pitná voda, a svou pozornost zaměří jinam. Ovšem Američané se do tohoto ráje kousek od Floridy brzy vrátí a přece jen zde začnou stavět…   Pro […]
Přivedl císaře do neštěstí namyšlený eunuch?
Mají oči a uši všude. Eunuchové doprovázejí čínské císaře už v dobách prvních panovnických dynastií. V některých obdobích se jim daří hůř, jindy líp. Jejich doslova zlatá éra nastává za vlády Mingů.   Kastrace u čínských eunuchů spočívá v odříznutí penisu i varlat najednou. Zpočátku se jedná o trest, ale císaři z dynastie Mingů ho […]
Cenzuroval tyran Čelakovský své ženě dopisy?
Na psacím stole se vrší jedna kniha za druhou. „Samé učebnice. A k čemu?“ rozčiluje se František Ladislav Čelakovský. Ambice jeho ženy ho přivádějí k nepříčetnosti.   O své rodiče přišla Bohuslava Rajská (původním jménem Antonie Reissová; 1817–1852) už v mládí. Nějakou dobu proto žije v rodině své sestry Karoliny. Má tam k dispozici rozsáhlou knihovnu, kde se s nadšením vzdělává […]
Zajímavosti
Plážové koše: Ikona baltských pláží
Pokud jste někdy byli na pláži Baltského moře, určitě jste seděli v plážovém koši. Tyto „kukaně“ neboli strandkörbe mají zajímavou historii. Odkud se vzaly a jak dlouho už chrání lidi před nepříjemným větrem, sluncem, deštěm i písečnou sprškou?   První kryté plážové křeslo je vyrobeno v roce 1882 dvorním košíkářem z Rostocku Wilhelmem Bartelmannem (1845–1930). […]
Gateway: Brána do hlubokého vesmíru
Gateway Arch je kovový oblouk v St. Louis a vzdává hold době osidlování divokého západu. Je to symbolická brána na západ, která má připomínat odvahu prvních kolonistů. Jméno si vypůjčí nový vesmírný projekt, který má stejným způsobem otevřít cestu do kosmu.   Gateway znamená „brána“ a veřejnosti je tento projekt představen v roce 2019. „V nejbližší […]
Čtyřlístek: Vada, která nosí štěstí?
Hledali jste někdy na letní louce čtyřlístek? Je to výzva a jen málokdy bývá tato snaha korunována úspěchem. Není divu: podle odborníků je pravděpodobnost jeho nalezení jen 1 ku 10 000.   Za touto romantickou trofejí stojí poměrně prozaická věc: genetická anomálie, která postihuje jinak zcela běžný jetel plazivý. Na vzniku lístků navíc se může […]
Nekonečné schodiště: Mazaná optická hádanka
Stoupáte schod po schodu nahoru, zatáčka… Ale vždyť tady jste už byli! Ne, v realitě toto schodiště postavit neumíme. Zato na papíře či monitoru nám dokáže pořádně zamotat hlavu. „Je to nemožnost ve své nejčistší formě,“ nechá se slyšet jeden z jeho tvůrců, Roger Penrose.   Vytvoří na 2500 objektů, ze kterých lidem spadne brada. Vždyť vypadají […]
Záhady a napětí
Co způsobuje záhadné výbuchy u jezera Seneca?
Už celá staletí se u jezera Seneca v USA ozývají hlasité rány a dunění připomínající výstřely z děl doprovázené slabými, ale měřitelnými otřesy. Říká se jim „senecká děla“ či „jezerní bubny“ a pro vědce jsou stále neobjasněnou záhadou. Co může tyto tajemné zvuky způsobovat?   Ledovcové jezero Seneca v americkém státě New York je se […]
Potopená relikvie: Nesla ruská loď kus Pravého kříže?
Vlajková loď ruské Černomořské flotily Moskva se v roce 2022 potopí po zásahu ukrajinskými raketami. Ke dnu s ní však údajně klesá i velmi vzácná relikvie: Na palubě se měl totiž nacházel kousek Pravého kříže, tedy dřeva, na němž byl ukřižován Ježíš Kristus! Byla ale relikvie vůbec na lodi? Co se s ní potom stalo? A přispěla nějak […]
Hlídá mýty opředený hloh přechod mezi světy?
Strážce před neviditelným zlem i důvěrný spojenec v časech slabosti a zoufalství. Nenápadný hloh provází člověka po tisíce let. Jeho trny měly odhánět démony, květy chránit nevěsty a celé keře vymezovat hranici mezi světem živých a mrtvých. Proč se tyhle rostliny sázely u hrobů a proč se k nim lidé obraceli, když hledali klid, spánek […]
Zázračné obrazce v Cajamarquille: Jde o obří svislé pohřebiště?
O nejslavnějších geoglyfech na peruánské planině Nazca byly popsány již stohy papírů, přitom relativně nedaleko lze najít méně známý, ovšem stejně záhadné útvary, takzvané Band of Holes, neboli Pás děr. Ze vzduchu připomíná obří děrovaný pás táhnoucí se krajinou. Tisíce jam seřazených do dokonalých řad. Kdo je vykopal, kdy a hlavně proč? To je dodnes […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Tajemství královského kurganu: Fascinující hrobka zející prázdnotou
epochaplus.cz
Tajemství královského kurganu: Fascinující hrobka zející prázdnotou
„Tady! To bude ono, pojďte sem!“ V unavených očích svitne naděje. Tým oděského archeologa Antona Ashika v únoru roku 1837 konečně dosáhne svého cíle. Odkryje vchod do jednoho z největších megalitických zázraků objevených na širokém pomezí Evropy a Asie – královského kurganu.   Anton Ashik (1801–1854) a jeho výzkumný tým vstoupí uličkou mezi vysokými zdmi do zatuchlé tmy.
3 královny podfuků: Zběhlá jeptiška, věčná dědička a učitelka mdlob
historyplus.cz
3 královny podfuků: Zběhlá jeptiška, věčná dědička a učitelka mdlob
Konečně stojí před legendárním trezorem manželů Humbertových. Má ukrývat dokumenty o jejich pohádkovém dědictví. Dvířka se otevírají a přítomní úředníci strnou. Uvnitř je jen cihla a anglické půlpenny. Naletěli jim králové i bankéři. Protřelé podvodnice dokázaly obalamutit své oběti šarmem a výmluvností, věrohodně znějícími historkami, smyšleným životním příběhem. Veřejnost často stála na jejich straně, když
Rajčatová polévka s mozzarellou
tisicereceptu.cz
Rajčatová polévka s mozzarellou
Suroviny na 2 porce 8 středních rajčat větší hrst čerstvé bazalky hrst nasekaného libečku 2 balení dietní mozzarelly (nebo zakysaná smetana) 2 lžičky olivového oleje mletý pepř podle chuti sů
Sklo jako působivý architektonický materiál
rezidenceonline.cz
Sklo jako působivý architektonický materiál
Velkoplošné prvky ze živého transparentního materiálu stavbu osvěžují, propouštějí do jejího nitra spoustu světla, a tím zlepšují kvalitu vnitřního prostředí. Navíc významně ovlivňují vzhled budovy. Tak jako dřevo a kámen v konstrukčních řešeních zdařile zastupuje ocel, výplně z cihelného či jiného zdiva zase velmi působivě nahrazuje sklo. Jeho vizuálního benefitu v podobě zrcadlení oblohy i
Ikonická vana Kaldewei v odlehčeném provedení
iluxus.cz
Ikonická vana Kaldewei v odlehčeném provedení
Společnost Kaldewei představila ikonickou volně stojící vanu v novém, odlehčeném provedení: díky užšímu okraji vyzařuje Meisterstück Classic Duo Oval lehkost a klasickou eleganci. Monolitický vzhled j
Titanic v Praze: Výstava, která vás vtáhne do skutečných osudů slavné lodi
epochanacestach.cz
Titanic v Praze: Výstava, která vás vtáhne do skutečných osudů slavné lodi
Až do 22. května 2026 se v pražském PVA EXPO PRAHA v Letňanech koná výstava Titanic – The Artifact Exhibition, která představuje stovky originálních artefaktů vyzvednutých z vraku legendární lodi. Díky autentickým exponátům a silným lidským příběhům zažijete historii Titaniku, legendárního parníku, který se v roce 1912 (15. 4. ve 2:20) potopil ke dnu Atlantiku.
Zamilovala se Petruchová do špatného muže?
nasehvezdy.cz
Zamilovala se Petruchová do špatného muže?
Nedávno byla televizní moderátorka Veronika Petruchová (31) viděna na schůzce se slovenským hudebníkem Tomášem Drahošem (33) a zdálo se, že našla novou lásku. Po nadějném začátku měl ale přijít ve
Veganská paštika z fazolí
nejsemsama.cz
Veganská paštika z fazolí
I bez masa může vzniknout lahodná netradiční paštika. Na 4 porce potřebujete: ✿ 150 g červených fazolí ✿ 2 bobkové listy ✿ 100 g kešu ořechů ✿ sůl, pepř ✿ špetku sušeného česneku ✿ špetku kajenského pepře ✿ ½ lžičky mleté uzené papriky ✿ čerstvé bylinky nebo jarní cibulku 1. Fazole zalijte studenou vodou a nechte máčet přes noc. Druhý den je slijte a vařte
Když je jídlo skoro všelék
panidomu.cz
Když je jídlo skoro všelék
Máte v rodině sklon k vysokému krevnímu tlaku, revmatismu nebo potížím s cévami? K problémům s játry nebo ekzémem? To je jen krátký výčet nemocí, kde může být správný jídelníček skoro všelékem. Společným jmenovatelem těchto a desítek dalších chorob je prozánětlivý stav v těle. Asi už jste o něm slyšeli. Protizánětlivá dieta je totiž momentálně
Někdy jsou slova prostě zbytečná!
skutecnepribehy.cz
Někdy jsou slova prostě zbytečná!
Hrubá síla je někdy lepší než pláč, výčitky a domluvy. Když jsem je načapala v objetí, vyřešila jsem to ručně a stručně. A bylo vymalováno! Napřed mi Dita brala hračky, pak milence. Byla to hodně protivná holka ze sousedství, která se soustředila na to, že jakmile jsem začala s někým chodit, ihned se snažila mi moji lásku
Proč při cvičení spálíme méně kalorií, než si myslíme?
21stoleti.cz
Proč při cvičení spálíme méně kalorií, než si myslíme?
Pravidelně vykonávaná fyzická aktivita, jako je chůze, běh či jízda na kole, často vede k menšímu úbytku hmotnosti, než předpovídají kalorické modely. Proč u řady lidí nefunguje logika: více se hýbeš,
Nejzáhadnější pozorování v Česku: Co bylo zač UFO nad Vranovem?
enigmaplus.cz
Nejzáhadnější pozorování v Česku: Co bylo zač UFO nad Vranovem?
Polovina července, krásný letní den roku 1987. Pláž u Vranovské přehrady je zaplněná rekreanty. Všichni si užívají krásného a bezstarostného dne. Nad jejich hlavami se však odehrává něco, co nikdo
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