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
Líbivé rčení, že „oči jsou okna do duše“, už jste určitě slyšeli. Kupodivu ale nejde jen o prázdnou frázi. Z jejich stavu lze rozpoznat nejen celkovou fyzickou kondici, ale i stovky vnitřních onemocnění.   Žlutavé, lehce vystouplé skvrny v očním okolí nejsou nic, co by nedokázala zkrotit trocha šikovnosti a make-upu. Na pohled kosmetický problém […]
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 […]
reklama
Historie
Katary bůh k dobrému konci nedovedl?
Pierrovi je přes 40 let. Žije v Toulouse, kde mu patří malý krámek, a už léta poslouchá učení, které hlásají kataři, jichž se v tomto kraji nalézá velké množství. Rozhodne se přijmout jejich učení za své a stát se „dokonalým“.   Pierre uvěří, že dobrý Bůh stvořil duchovní svět, zatímco ten zlý (Satan) vybudoval hmotný […]
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 […]
Zajímavosti
Tyrkysová: Barva, která nás ochrání před smrtí?
Není to ani modrá, ani zelená. Přesto je však plnohodnotnou barvou se svým vlastním původem! Proč je tyrkysová tak oblíbená? A kdo jí dal jméno?   Už tisíce let lidé milují vzácný kámen, který má díky obsahu mědi velmi nevšední barvu. Nejstarší stopy směřují do Egypta, kde zdobí předměty nalezené v hrobkách – tím nejslavnějším […]
Habsburg: Kolébka mocného rodu
První Habsburk usedá na český trůn v roce 1306. Dlouho tady nevydrží. Podruhé se rod dotkne české královské koruny v roce 1526 a vydrží vládnout až do vzniku republiky. Kde se vůbec vzali?   O Radbotovi z Klettgau (?985–1045) toho historie neví mnoho. Je prý vnukem zakladatele rodu Habsburků, Guntrama Bohatého (?930–973), ale prameny jsou tak skoupé, že […]
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) […]
Záhady a napětí
Stínoví lidé: Temné bytosti z jiných dimenzí, nebo jen hra mysli?
Svědci z celého světa popisují nezávisle na sobě tytéž detaily: černou siluetu bez rysů, klobouk se širokou krempou a mrazivý pocit, že si je někdo prohlíží. Někdy stojí u nohou postele, jindy se mihnou koutkem oka a zmizí. Jsou to návštěvníci odjinud, nebo jen mimořádně přesvědčivý výtvor našeho mozku?   Noc v americkém obytném přívěsu. […]
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.   […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Měl Jan Roháč z Dubé v záloze tajnou zbraň?
historyplus.cz
Měl Jan Roháč z Dubé v záloze tajnou zbraň?
Husitský odboj je takřka u konce. Z někdejších kališnických vůdců zůstává naživu jen Jan Roháč z Dubé. Také on má ale namále. Na hradě Sion je ze všech stran obklíčen nepřáteli. „Jen ať se o něco pokusí, se zlou se potážou,“ pronáší Roháč sebevědomě. Je pravda, že má v rukávu tajný trumf? Když se husitský hejtman Jan
Dceru její nový přítel jen využívá
skutecnepribehy.cz
Dceru její nový přítel jen využívá
Máme hodnou dceru, možná až moc. Když se zamiluje, přes růžové brýle nevidí realitu. Její současný přítel toho bohužel umí dobře využít. Dcera Ivanka byla vždycky moc hodná. Vychovali jsme z ní poctivou dívku, která je ale snadným cílem pro různé typy lidí, kteří se snaží její dobroty zneužít. Tak tomu bylo už ve škole, kdy
Bhópálská katastrofa: Smrtící mrak bez zápachu
epochaplus.cz
Bhópálská katastrofa: Smrtící mrak bez zápachu
Nerezová ocel? Drahé, použijte normální. Chladicí systém, který spálí energii v hodnotě 70 dolarů denně? Zastavit! A skutečně… Společnosti Union Carbide vyrábějící pesticidy, která se rozhodne po vzoru své první továrny v Západní Virginii vybudovat druhou fabriku v indickém Bhópálu, se podaří sérií škrtů srazit náklady oproti první stavbě o 8 000 000 dolarů! Na
Odolá Sandeva svodům chtivého krasavce?
nasehvezdy.cz
Odolá Sandeva svodům chtivého krasavce?
To musí být pro manžela herečky ze seriálu Jakub a Sara Sary Sandevy (29), jejího kolegu Jakuba Prachaře (43), o nervy! Jeho žena to roztáčí ve StarDance skutečně na plné obrátky s fešným tanečníkem
Rychlá pomazánka z tofu
tisicereceptu.cz
Rychlá pomazánka z tofu
Bezvadně chutná i jako lehká večeře nebo se hodí na jednohubky k vínu. Suroviny 1 kostka tofu 4 ks ředkviček sůl pepř paprika olivový olej Postup Vymačkáme z tofu přebytečnou vodu a n
Usídlil se duch královny voodoo z New Orleans v obraze?
enigmaplus.cz
Usídlil se duch královny voodoo z New Orleans v obraze?
Náboženství voodoo pochází z karibského státu Haiti, bývá často považováno na základě různých pověr za temný kult a formu černé magie. V lidovém povědomí je s ním spojená především představa zombií –
Podzim se vybarvil
panidomu.cz
Podzim se vybarvil
Barevný podzim je stále ještě tady. Co s jeho pomocí můžete vykouzlit za parády? Nedělní prostírání Barvami podzimu jsou sytě žlutá a zářivě oranžová, právě ty odstíny, které se nádherně vyjímají na slavnostně prostřeném stole. Stačí ozdobit žluté ubrousky snítkami s plody hlohu nebo jeřabin, přidat zelený lístek pro dojem svěžesti a mezi prostíráním rozestavit
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
Korejské smažené kuře
nejsemsama.cz
Korejské smažené kuře
Tohle pikantní, křupavé a šťavnaté smažené kuře polechtá vaše chuťové pohárky. Na 2 porce potřebujete: ✿ 500 g kuřecích paliček ✿ 4 cm zázvoru ✿ 100 g kukuřičného škrobu ✿ pepř ✿ 1 lžičku kypřicího prášku ✿ olej ✿ 1–2 chilli papričky ✿ 2 lžíce jablečného octa ✿ 150 ml korejské BBQ omáčky 1. Kuřecí kousky potřete nastrouhaným zázvorem a pepřem. Smíchejte škrob s kypřicím práškem, maso ve směsi
Maurice Lacroix propojuje hodinařinu s uměním
iluxus.cz
Maurice Lacroix propojuje hodinařinu s uměním
Mohou se perly, epoxidová pryskyřice a skeletovaný hodinový strojek proměnit v jediné umělecké dílo? Švýcarská manufaktura Maurice Lacroix odpovídá unikátním modelem 1975 Master Skeleton – Pearl Buoy,
Ze zničené krajiny k energetické soběstačnosti: dřeviny a agrivoltaika ukazují cestu
21stoleti.cz
Ze zničené krajiny k energetické soběstačnosti: dřeviny a agrivoltaika ukazují cestu
Výzkumníci z odboru fytoenergetiky Výzkumného ústavu pro krajinu v Průhonicích (VÚK) ověřují, jak propojit obnovu poškozené krajiny, pěstování rychle rostoucích dřevin, agrivoltaiku a komunitní energe
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
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