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
Agrovoltaika vznikla před čtyřiceti lety v Německu, v současnosti ji však nejvíce rozvíjí Izrael. A zatímco v zemích s mírným klimatem se řeší, aby panely nestínily plodinám příliš, v Izraeli zase, aby stínily dostatečně a ochránily úrodu před spálením.   V Údolí pramenů letos získali rekordní úrodu 30 tun hroznů vypěstovaných právě tímto způsobem. Oblast […]
Někdo z dnešních středoškolaček a středoškoláků může jednou objevit druhou Zemi. Jiný možná postaví přístroj, který takový objev umožní. Iniciativa Generace vesmír chce mladým lidem ukázat, že cesta ke světové vědě nemusí začínat ve velké zahraniční laboratoři. Klidně může začít v české třídě.   Představte si, že jednou objevíte planetu podobnou Zemi. Nebo navrhnete kosmický […]
Ležel v horách více než pět tisíc let. Měl kožešinovou čepici, luk, toulec se šípy a na těle desítky tajemných tetování. Pak přišlo 19. září 1991 a mrtvý muž z doby měděné vstoupil do moderního světa. Dnes odpočívá za sklem archeologického muzea v Bolzanu. Teprve když před ním člověk stojí, naplno mu dojde, jak neuvěřitelný […]
Spánek není vypínač. Během noci se v našem těle odehrává složitá směs oprav, ukládání vzpomínek a regulace energie. Přesto s ním někdy zacházíme jako s něčím, co lze prostě „dohnat“ o víkendu. Jenže organismus podobné účetnictví příliš neuznává. Člověk může strávit v posteli osm hodin a ráno se cítit, jako by celou noc stěhoval nábytek. […]
reklama
Historie
Posunuli Máchovi datum úmrtí?
Když v neděli 23. října 1836 na vrchu Radobýlu upravuje svoji novou báseň, všimne si Mácha, že dole v Litoměřicích vypukl požár. Na nic nečeká a běží pomáhat s hašením. Občas se osvěží vodou, kterou u toho používá. Jenže ta je možným zdrojem nákazy, která nakonec způsobí jeho smrt…   Herec, dramatik, cestovatel, kreslíř a […]
Milánský dóm se stavěl téměř 600 let
Chopil se vlády v Miláně. Ve snaze zvýraznit svou moc a bohatství i význam celého města se vévoda Gian Galeazzo Visconti rozhodne zrealizovat ambiciózní architektonický projekt. Jde o jednu z největších gotických katedrál na světě, která je v mnoha směrech výjimečná!   Katedrála Narození Panny Marie (Duomo di Milano – Milánský dóm) se na náměstí […]
Obávaný Hannibal osudově podcenil soupeře
„Jejich jízda je slabá,“ hlásí Hannibalovi jeho vyslanci, kteří se právě vrátili z tábora Římanů. Punský vojevůdce se tedy odhodlá k rozhodující bitvě. Netuší však, že Scipiona těsně před ní posílí asi 6000 numidských jezdců.   Do bitvy u Zamy, k níž dojde na dohled Kartága (v dnešním Tunisku) v rámci druhé punské války, vyšlou […]
Clípnému Frantšikovi I. se pomstil zhrzený právník
Francouzského krále Františka I. už roky trápí záhadná nemoc. Tělo má poseté boláky a den ode dne slábne. „Je to trest! Za jeho prostopášný život,“ šuškají si dvořané o záletném panovníkovi. Léčba rtutí navíc ani trochu nepomáhá. Spíš naopak.   „Kdyby každá noc byla tak sladká jako tahle,“ usměje se francouzský král František I. (1494–1547) […]
Zajímavosti
Postavte si iglú!
Jakmile napadne sníh, děti okamžitě letí ven, aby pod jejich rukama vznikl sněhulák. Když je materiálu dostatek, pustí se někteří do iglú, inuitského obydlí.   Všichni ho dávají do souvislosti s Inuity, tedy národem, jež přežívá na severu Ameriky a Grónska. Jenže tito obyvatelé studených oblastí užívají slůvko iglú pro veškerá obydlí. Vedle těch sněhových se […]
Iguanodon: První objevený dinosaurus
Dělníci v lomu v Sussexu mají v rukou krumpáče a rozbíjejí obří šutry na menší a ty pak na štěrk. Pak si jeden z nich všimne kamene se zvláštním obtiskem. Schová ho – občas do lomu chodí blázen, který tyto zvláštnosti kupuje. Třeba zaplatí i tentokrát…   Je příjemné slunečné odpoledne a anglický lékař Gideon Mantell (1790–1852) […]
Nouvelle cuisine: Revoluce v kuchyni
Těžké omáčky. Dlouhosáhlé přípravy a hodiny nad hrnci. Vše má svůj pořádek, jasnou hierarchii a tradici, ze které se nesmí ustoupit. Zkostnatělost má ale s 60. lety minulého století padnout. Ve Francii se rodí nový směr, bez kterého by dnešní gastronomie vypadala úplně jinak: Nouvelle cuisine!   Amerikou hýbou hippies alias květinové děti, Francií zase Nová […]
Polycefalie: Opravdu víc hlav víc ví?
Dne 13. února 2009 se v texaském Frankstonu narodí dvouhlavé tele. Přežije jen pár dní. I když vzbudí pozdvižení, nejde o tak velkou vzácnost, jak by se mohlo zdát.   Dvouhlavá telata se rodí po celém světě, i když většinou mrtvá. Pokud přežijí, málokdy to zvládnou víc než pár hodin. Rekordmanem je dvouhlavé tele narozené na […]
Záhady a napětí
Sovětský vrt do pekla: Z hloubky dvanácti kilometrů se ozývalo sténání mrtvých
Chtěli zjistit, co se ukrývá hluboko pod zemskou kůrou. Místo toho objevili dutinu, z níž se ozývalo sténání mrtvých, jejichž duše byly lapeny v samotném pekle. Přesně to se mělo stát při velikášském projektu Sovětského svazu v druhé polovině 20. století.   Stroje pracují na plné obrátky. První kilometry země obrovský vrták špikuje jako nic. […]
Most Overtoun: Proč tu psi skáčou do prázdna?
Na první pohled je to jen krásný kamenný most u skotského sídla Overtoun House. Jenže majitelům psů se během jeho přecházení již desítky let svírá žaludek. Některá zvířata se podle svědků náhle rozběhnou k okraji a skočí dolů do rokle, jako by je tam něco přivolalo. Jde jen o nešťastně řešené místo, nebo tu psi […]
Templářské tajemství na Veveří: Poklad dvanácti apoštolů
Dvanáct stříbrných soch apoštolů v životní velikosti a snad i svatý grál – to vše podle legendy leží pod hradem Veveří. Templáři zde prý po svém pádu ukryli kořist lstí odebranou moravskému knížeti. Ačkoli historici většinou krčí rameny, do podzemí se stále vydávají hledači pokladů s nadějí, že to budou právě oni, kdo učiní objev století.   […]
Legendní režisér Steven Spielberg šokuje: Věří v existenci mimozemšťanů! Má přístup k tajným materiálům?
Uznávaný režisér Steven Spielberg svým novým filmem Den odhalení, který měl nedávno premiéru i v českých kinech, vyvolal poprask. Jeho téma totiž údajně není až tak moc sci-fi, jak si mnozí myslí. Samotný režisér v existenci mimozemšťanů věří a říká, že tu možná byli vždycky!   Každý nový film legendárního režiséra Stevena Spielberga (*1946) poutá […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Kdo se k vám nejvíc hodí?
nejsemsama.cz
Kdo se k vám nejvíc hodí?
Věříte na věci mezi nebem a zemí? Hvězdy a osudová čísla odhalují skrytou dynamiku vašich vztahů. Spočítejte si své životní číslo, a zjistěte, s kým vám to v lásce bude nejlépe klapat, a kde to naopak může skřípat! Náš život ovlivňují nejrůznější neviditelné energie a jemné síly. Stejně tak nás provázejí i čísla. Dynamiku ve vašem vztahu ovlivňuje datum vašeho narození, ale i to, kdy se
Počítač jako místo činu: Jak vznikla digitální kriminalistika
epochaplus.cz
Počítač jako místo činu: Jak vznikla digitální kriminalistika
Moderní pachatel nemusí na místě činu zanechat jedinou kapku krve ani otisk prstu. Stačí mu počítač, mobilní telefon nebo připojení k internetu. Právě tam může zůstat neviditelná stopa, která vyšetřovatele dovede k pravdě. Digitální kriminalistika, obor na pomezí počítačové vědy a klasické detektivní práce, se stal nepostradatelnou součástí pátrání po pachatelích. Ještě v první polovině
Salát se špenátem a jablky
tisicereceptu.cz
Salát se špenátem a jablky
Ořechy a jablka chutnají v salátu výtečně a pro plnohodnotnou výživu našeho těla jsou velmi cenné. Špenát můžete vyměnit za výraznější rukolu. Ingredience 200 g špenátu 100 g balkánského sýra
Upadlo manželství Crawford do krize po synově smrti?
nasehvezdy.cz
Upadlo manželství Crawford do krize po synově smrti?
Do černého mraku se zahalil život kdysi slavné topmodelky Cindy Crawford (60). U náhlé smrti jejího syna Presleyho Gerbera (†27) přitom prý nezůstalo. Osudnou se mu stala drogová závislost. Zemřel v
Jihlavské podzemí: Proč zdejší chodby zelenkavě září?
enigmaplus.cz
Jihlavské podzemí: Proč zdejší chodby zelenkavě září?
Skupinka návštěvníků prochází s fascinovaným pohledem jemným, nazelenalým přítmím zděné chodby. Jedna z žen se zastaví u výklenku. „Pojďme dál,“ otřese se, když jí z neznámého důvodu naskočí husí kůže
Dcera mě neposlechla a pak litovala
skutecnepribehy.cz
Dcera mě neposlechla a pak litovala
Když se dcera rozhodla pomáhat svému otci, naše vztahy se pokazily. Trvalo dlouhé měsíce, než pochopila, proč jsem ji před ním tak dlouho varovala. Moje dcera Monika a já jsme si byly vždy blízké. Po rozvodu jsem ji vychovávala sama a dlouho jsme se jedna druhé svěřovaly téměř se vším. I když dospěla, našla si dobrou práci a začala
Arcivévoda se svou láskou zemřeli v jediný den
historyplus.cz
Arcivévoda se svou láskou zemřeli v jediný den
Když její zvláštní hlas rozezní kostelní kůr v Kremži, lidé zvědavě zvedají hlavy. I voda v nedaleké Dunaji jako by se pod silným přílivem libozvučných tónů více vzedmula. Přesto musejí jejího otce, zdejšího archiváře Ignáce Hofmanna, dlouho přemlouvat, aby dceři zaplatil hudební vzdělání. Nakonec povolí a mladičká Leopoldina smí studovat konzervatoř ve Vídni.   Má
Byla van Goghova Hvězdná noc inspirována skutečnou oblohou?
21stoleti.cz
Byla van Goghova Hvězdná noc inspirována skutečnou oblohou?
Jedno z nejslavnějších děl světového malířství, Hvězdná noc od Vincenta van Gogha, v sobě možná ukrývá mnohem větší vědeckou přesnost, než se dosud předpokládalo. Nová vědecká studie publikovaná v odb
Soulad podle harmonie zlatého řezu
rezidenceonline.cz
Soulad podle harmonie zlatého řezu
Vznosné křivky rezidence Habitação Áurea v regionu Amarante na severu Pyrenejského poloostrova vytvořily díky dané koncepci prostor s přirozenou rovnováhou, otevřený krajině, světlu i modernímu rodinnému životu. Neutrální barevná paleta a přírodní textury, jež byly použity v dokonalém souladu, přispívají ke klidné a sofistikované atmosféře, zatímco architektonické prvky, jako je prosklená terasa a stropy v
Vánoční země Sasko: tam, kde jsou Vánoce doma
epochanacestach.cz
Vánoční země Sasko: tam, kde jsou Vánoce doma
Sasko během adventu nabízí skutečně jedinečné zážitky. Jen málo regionů v Německu spojuje tolik staletých zvyků, řemesel, kulinářských specialit a akcí s nádhernou stylovou atmosférou. V okouzlující zasněžené krajině, ve slavnostně osvětlených starých městech a na hradech a zámcích ožívá vánoční období různými způsoby. A skvělé je, že mnoho saských vánočních tradic lze objevovat po
Trochu jiné figurky z kaštanů
panidomu.cz
Trochu jiné figurky z kaštanů
Také už máte doma hromádku čerstvě vyloupnutých kaštanů? Proti jejich přitažlivost není obrany, když je neseberou děti, vklouznou vám do kapsy skoro samy. Ale nelitujte, dá se z nich krásně tvořit. Výr Pro tvoření figurek se hodí i oplodí kaštanů, zde jsou použitá na křídla. Výrazná výří očka jsou z komponent pro plyšové hračky vlepených
Zakázkově vyráběné šaty SQVELE vznikají i celý rok
iluxus.cz
Zakázkově vyráběné šaty SQVELE vznikají i celý rok
Navrhnout společenské šaty, které budou elegantní, pohodlné a zároveň cenově dostupné, není jednoduchý úkol. Sandra Beťáková, zakladatelka české rodinné značky SQVELE, mu však věnuje tolik pozornosti,
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