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
Hudba není jenom zvuk. Je to puls, rytmus a harmonie, které proudí naším mozkem doslova jako životodárný gejzír. Už dávno víme, že mozek při poslechu nebo hraní hudby nepracuje pasivně, ale aktivuje rozsáhlé sítě nervových spojů spojených s pamětí, emocemi, pozorností a učením.   Moderní věda potvrzuje, že hudba stimuluje plasticitu mozku, zvyšuje jeho odolnost […]
Střevní červi mohou tlumit zánět v lidském těle, ale jen pokud mají dostatek vlákniny. Bez ní se jejich organismus přepne do jakéhosi hibernačního režimu a ochranný efekt mizí. Ukazuje to nová studie parazitologů z Biologického centra Akademie věd ČR publikovaná v prestižním časopise Nature Communications.   Střevní parazité byli po většinu evoluční historie běžnou součástí lidského […]
Budoucí český astronaut major Aleš Svoboda, bojový pilot Armády České republiky, zahájil třetí a závěrečnou fázi svého základního astronautského výcviku v Evropském středisku astronautů (ESA) v Kolíně nad Rýnem. Dvouměsíční intenzivní program o rozsahu 187 hodin je zaměřen na praktické dovednosti potřebné pro práci na oběžné dráze a představuje další krok na cestě k účasti […]
Toyota pokračuje ve vývoji vodíkových technologií a nově testuje využití supravodivosti, která může výrazně zvýšit efektivitu vodíkových pohonů. Experimentální řešení automobilka vyzkoušela v závodním voze GR Corolla, který slouží jako mobilní laboratoř při vytrvalostních závodech japonské série Super Taikyu.   Závodní Toyota GR Corolla slouží od roku 2021 jako mobilní technologická laboratoř pro vývoj vodíkových […]
reklama
Historie
Poslední velká bitva v Británii se strhla na vřesovišti
Pravému křídlu Karlovy armády se podařilo narušit britské linie. Vzbouřenci toho ale nedokážou využít, jejich levé křídlo kvůli bažinatému terénu postupuje jen velmi pomalu. Britové přisunou na ohrožený úsek bojiště posily a vrhnou se do rozhodujícího protiútoku…   Vrátit Stuartovce na britský trůn chtěli už v roce 1715, jejich povstání ale skončilo neúspěchem. Znovu to […]
Zachránil lékař bez diplomu tisíce dětí?
Od roku 1903 hostí newyorský Coney Island lunapark, který však spíš než klasický zábavní park připomíná přehlídku zázraků. K vidění je tu celá řada kuriozit – obřím modelem Vernovy ponorky počínaje a vesničkou plnou „pravých“ živoucích trpaslíků konče. Dokonce jsou tu i první inkubátory. I s předčasně narozenými dětmi!   Novorozenci, umístění ve zdejším zařízení, jsou tak […]
Hugo František ze Salmu se nebál průmyslové špionáže
Cestující, zesláblý kvůli nemoci, se nemůže ani pohnout a anglický celník od jeho prohlídky shovívavě upustí. Netuší, že pod rukávy a nohavicemi má mazaný pasažér omotané technické výkresy, podléhající přísnému utajení.   Ve vídeňské knížecí rodině císařského komořího Karla Josefa ze Salm-Reifferscheidtu (1750–1838) mají smíšené pocity. Na apríla, 1. dubna 1776, sice kněžna Marie Františka z Auerspergu […]
Utápěl arcivévodův řidič deprese v alkoholu?
„Je to silný alkoholik. Pije denně, klidně litr nebo litr a půl rumu,“ stěžuje si soudu v Brně manželka pana Lojky. Její muž se skutečně už roky topí v depresích. Má totiž za to, že vypuknutí světové války způsobil právě on. Když v Sarajevu špatně odbočil…    Vyučil se řezníkem a ve svých 21 letech narukoval k dragounskému […]
Zajímavosti
Mléčná dráha: Proč je kanibalskou galaxií?
Slunce se svými planetami si nelétá vesmírem jen tak. Je součástí dalšího obřího kolosu, galaxie Mléčné dráhy! Co o ní vůbec víme? Je stejná jako každá jiná? A jaký ji čeká osud?   Bohyně Héra prudce odstrčí malého Hérakla od prsu a trocha mléka ukápne. Ne na zem, ale na oblohu! I díky tomuto mýtu […]
Smrtící Ebola: Umírá každý druhý nakažený
Deštný prales v nitru rovníkové Afriky patří jen zvířatům a několika málo domorodým kmenům. V této odlehlé části světa žijí lidé v izolovaných vesnicích, nikoho nezajímají, a kdyby se zde neobjevil nejnebezpečnější smrtící vir v moderních dějinách, nejspíš bychom o vesnici Yambuku a řece Ebola dodnes nevěděli.   V roce 1976 ředitel místní školy Mabalo Lokela vyrazí na misijní […]
Kde se vzaly kudrnaté vlasy?
Co člověk, to vlasy! Můžeme mít rovné, vlnité, kudrnaté i dokonalé afro… Proč nás ale příroda obdařila takovou rozmanitostí? Je to náhoda? Nejspíš není!   Které byly dřív: rovné, nebo kudrnaté? Zdá se, že odpověď vědci znají. „Lidé se vyvinuli v rovníkové Africe, kde máte slunce neustále nad hlavou,“ vysvětluje antropoložka Nina Jablonski (*1953) z […]
Mohou zvířata rozumět lidské řeči?
Pokud někdy máte pocit, že vám váš zvířecí parťák rozumí, nemusí to být daleko od pravdy. Některá zvířata totiž mají mimořádnou schopnost komunikace i porozumění lidským slovům.   V minulosti se občas objevila zvířata, o kterých se tvrdilo, že rozumějí lidské řeči…K známým příkladům patří například kůň Kluger Hans (asi 1895–1916) z Německa, klisna Lady […]
Záhady a napětí
Světelné koule u města Marfa: Stále nemají jasné vysvětlení!
Je to optický jev, které nedává spát badatelům z celého světa. Řeč je o záhadných světlech v blízkosti města Marfa v americkém státě Texas. Údajně mohou být žlutooranžová, zaznamenat prý ale lze i jiné odstíny.  Co jsou zač?   Děje se nám to přímo před očima, ale nikdo neví proč. Záhadami opředená světla u města Marfa jsou nejčastěji […]
Kámen čarodějnice z anglického Essexu: Chrání obyvatele před černou magií?
V anglickém Essexu stojí záhadný kámen, který podle místních chrání vesnici před návratem zlého ducha. Legenda praví, že pod ním leží čarodějnice popravená před čtyřmi stoletími. Když Američané za druhé světové války kámen odstranili, místní trvali na tom, aby byl kámen okamžitě vrácen. Šlo o skutečné prokletí?   Na křižovatce u vesnice Great Leighs v […]
Magický útok na keňskou guvernérku: Šlo o pokus ovlivnit volby?
Poblíž domu, který obývá guvernérka keňského regionu Machakos Wavinya Ndeti, byla přistižena čtveřice podezřelých osob vybavených nejrůznějšími okultními pomůckami. Podle policie tu zřejmě plánovali provést magický rituál mířený proti političce. Proč?   Politické strany i jednotliví kandidáti po celém světě využívají nejrůznějších metod k dosažení úspěchu ve volbách, a ne vždy se přitom pohybují v […]
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 […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Třetím dítětem Leichtová zachraňuje vztah?
nasehvezdy.cz
Třetím dítětem Leichtová zachraňuje vztah?
Má velké plány! Herečka Kristýna Leichtová (40), která se objevila třeba v seriá­lu Bratři a sestry, chce zrekonstruovat roubenku na Kokořínsku a s rodinou se tam usadit. Jenže plány se často mění v a
Jste makoví?
panidomu.cz
Jste makoví?
Když se řekne mák, mnohé napadnou buchty a koláče. A někoho třeba nic, protože mák moc nejí. Ale to je škoda a stojí za to se s ním seznámit. Především je dobré vědět, že existuje množství odrůd a ty se dělí na farmaceutické a potravinářské. Farmaceutické někdy nazývané technické odrůdy jsou zdrojem opia, bílé šťávy
Střevní mikrobiom miluje vlákninu. Potvrdily to i tasemnice
21stoleti.cz
Střevní mikrobiom miluje vlákninu. Potvrdily to i tasemnice
Střevní červi mohou tlumit zánět v lidském těle, ale jen pokud mají dostatek vlákniny. Bez ní se jejich organismus přepne do jakéhosi hibernačního režimu a ochranný efekt mizí. Ukazuje to nová studie
Modrá divize: Za Hitlera bojovali u Leningradu španělští dobrovolníci
historyplus.cz
Modrá divize: Za Hitlera bojovali u Leningradu španělští dobrovolníci
S kázní jsou na tom bídně, v bojích u Leningradu si ale španělští dobrovolníci z Modré legie vyslouží obrovský obdiv. Neleknou se mnohonásobné přesily a jejich oddíl lyžařů bleskovým přesunem přes zamrzlé jezero zachrání na 500 Němců! Po vypuknutí druhé světové války se Adolf Hitler (1889–1945) snaží do tábora svých spojenců získat také Španělsko, jenže
Rado a legendární kriketové hvězdy Smriti Mandhana
iluxus.cz
Rado a legendární kriketové hvězdy Smriti Mandhana
Švýcarská hodinářská značka Rado rozšiřuje svůj svět o novou výraznou osobnost. Indická kriketová hvězda Smriti Mandhana se stává „Friend of the Brand“ a přináší do hodinářství energii, která přesahuj
Nepečené čokoládové lanýže
nejsemsama.cz
Nepečené čokoládové lanýže
Luxusní pralinky, které zvládnete bez pečení a s minimem práce. Ingredience: 200 g kvalitní hořké čokolády 100 ml smetany ke šlehání 30 g másla kakao na obalení volitelně rum nebo vanilka Postup: Smetanu zahřejte těsně pod bod varu a nalijte ji na nasekanou čokoládu. Přidejte máslo a míchejte do hladké ganache. Dochutit můžete kapkou rumu. Směs nechte 120 min chladit v lednici. Lžičkou odebírejte malé porce, vytvarujte
Má sestřenice naši rodinu proklela
skutecnepribehy.cz
Má sestřenice naši rodinu proklela
Stačil jeden okamžik, aby se změnily životy nás všech. Sestřenice měla trápení a pykala celá rodina. Nikdo z nás už nemohl být šťastný. Naše rodina pochází ze Slovenska. Do České republiky, konkrétně na Moravu, jsem se přistěhovala, když mi bylo třicet tři let. Všem, se kterými jsem se seznámila, jsem říkala, že jsem tu kvůli
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
rezidenceonline.cz
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
Pokud váš trávník po zimě připomíná spíš flekatý koberec než lákavý zelený porost, není to náhoda. Jaro vždy nemilosrdně odhalí místa, kde plevel využil náskok, který získal ještě před začátkem sezóny. Dobrou zprávou je, že právě teď máte šanci změnit pravidla hry. Když půda volá o pomoc Důvod, proč se plevele na jaře chovají životaschopněji
Pražský Hrad, který okouzlil i hvězdy
epochanacestach.cz
Pražský Hrad, který okouzlil i hvězdy
Praha má svou nezaměnitelnou tvář. Hradní paláce nad Vltavou vytvářejí pohled, který zná celý svět. Je to obraz, který okouzluje po staletí a nikdy nezevšední.   Neexistuje snad jediný Čech, který by ho neznal. Pražský hrad se objevuje na pohlednicích, ve filmech i na fotkách. A kdo si plánuje výlet do naší metropole, má ho
Fenomén Bílá paní: Co si o ní myslí záhadologové?
enigmaplus.cz
Fenomén Bílá paní: Co si o ní myslí záhadologové?
Záhadologové a autoři, kteří se pohybují na pomezí folkloru, historie a „mysteria“ se na Bílou paní dívají trochu jinak než běžní historici. Neberou ji jen jako literární legendu, ale jako tzv. „rezid
Příběh OK: Dvě písmena, která spojila svět!
epochaplus.cz
Příběh OK: Dvě písmena, která spojila svět!
Tvoří ho jen dva znaky, je však s nimi řečeno vše. A rozumí jim po celém světě! Hodí se v každé situaci, pro lidi všech věkových kategorií, vzdělání i sociálních vrstev. Prostě univerzální slovo! Kdo ho ale tak skvěle vymyslel? Z jakého jazyka OK pochází? S jistotou dodnes nevíme. Původ si každopádně vždy přivlastňovali Američané.
Medové lívance s rybízovou omáčkou
tisicereceptu.cz
Medové lívance s rybízovou omáčkou
Lívance v celozrnné verzi jsou zdravější, ale stejně tak lahodné. Suroviny 200 g celozrnné mouky 2 lžičky prášku do pečiva 1 lžička skořice 120 ml podmáslí 2 vejce 4 lžíce medu 120 g bíléh
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