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
Vezmete altermagnet, dáte ho pod rentgen, měníte polarizační filtr a pozorujete, jak materiál pohlcuje světlo. Zní to skoro jako pokus z běžné hodiny fyziky, jde však o průlomový experiment, jehož výsledkem je pozoruhodný objev fyziků z Masarykovy univerzity, Akademie věd ČR (AV ČR), Metropolitní univerzity v Ósace a University of Nottingham.   Před půl rokem […]
Služba Copernicus Climate Change Service (C3S), financovaná Evropskou komisí, uvedla, že květen 2024 byl celosvětově nejteplejším květnem v historii měření, s globální průměrnou teplotou vzduchu při zemském povrchu o 0,65 °C vyšší, než je průměr z let 1991–2020. To představuje už 12 po sobě jdoucích měsíců, kdy globální průměrná teplota dosáhla rekordní hodnoty pro příslušný […]
Tradiční Olomoucké tvarůžky slaví významné jubileum. V roce 1924 se v loštické tvarůžkárně roztočil první formovací stroj a odstartoval revoluci ve výrobě jediného původního českého sýra. Formovací stroj dokázal vyrobit neuvěřitelných 10 000 tvarůžků za hodinu a umožnil tak tvarůžkovou pochoutku dostat k mnohem většímu množství zákazníků. Historie výroby tvarůžků sahá až do 16.  století, […]
Díky naprostému minimu mořského života se nejodlehlejší část planety, bod Nemo, označuje za pacifickou poušť. Přesto se toho v jeho blízkosti odehrává překvapivě mnoho. Stal se nejen pohřebištěm vesmírných lodí a popelnicí oceánu, kde se kumulují odpadky, ale také domovem tajemného zvuku, který lámal hlavy vědcům celá léta.   Nachází se na souřadnicích 48°52′ j. š., […]
reklama
Historie
Udělal Galileo z papeže hlupáka?
Devětašedesátiletý učenec stojí v síni římského kláštera při kostelu Santa Maria sopra Minerva proti inkvizičnímu tribunálu. Své učení ze strachu odvolá, ale svobodného bádání se nikdy nevzdá!   Synové často přejímají povolání svých otců, a pokud by tomu tak bylo i v případě Galilea Galileiho (1564–1642), stal by se hudebníkem. Stejně jako otec je i on skvělým […]
Castillo de Colomares: Kolumbův památník ozdobila torza jeho lodí
Obdivuje Kryštofa Kolumba. Zároveň ho ale štve, že Američané mají o slavném mořeplavci zkreslené informace. Například nevědí, že Nový svět objevil ve službách Španělska. Esteban Martín Martín se rozhodne tuto nespravedlnost napravit. Pustí se do šíleného projektu, který ho připraví o spoustu sil i o zdraví…   Třebaže řadu let provozuje lékařskou ordinaci v New […]
Socha Svobody plula do USA v 214 bednách
Když 17. června 1885 dorazí do přístavu v New Yorku francouzská loď Isère, vítá ji přes 200 000 lidí a stovky člunů. Na její palubě se totiž nachází budoucí symbol Spojených států – socha Svobody. Momentálně je rozmontovaná na 350 kousků!   Nápad na její postavení přitom vznikl už o 20 let dříve, na jednom […]
Oslavy sv. Antonína: Svatby, barvy a chuť sardinek
Pro jeho oblíbenost se mu občas říká „světec celého světa“. Je patronem zamilovaných, cestujících i těch, kteří hledají ztracené věci. I když má přídomek z Padovy, svatý Antonín se narodil v portugalském Lisabonu.   V průběhu života však tento františkánský mnich strávil řadu let na Apeninském poloostrově a v jižní Francii. Křesťanům jde příkladem a […]
Zajímavosti
Velké egyptské muzeum: 100 000 skvostů pod jednou střechou
Než ho důkladně projdete, div neprošlapete podrážky. Od exponátu k exponátu, a to na ploše 81 000 m2, což odpovídá rozloze téměř dvou pražských Václavských náměstí. Řeč je o zbrusu novém největším muzeu světa, které zatím čeká na své návštěvníky.   Píše se rok 1954 a egyptský archeolog Kamal el-Mallakh (1918–1987) překvapeně hledí na poklad, který objeví […]
Masticha: Léčivá pryskyřice, která píše dějiny
Počátkem léta se připraví půda pod stromem a posype se bílým vápencovým práškem. V červenci a v srpnu se poprvé nařízne kůra, míza odkapává a zároveň tuhne. Následuje sběr, čištění, třídění a cesta do prodeje nebo k dalšímu zpracování. A takto se to dělá už odnepaměti.   Látka s poněkud zvláštním názvem masticha je pryskyřice, […]
Hačiko: Pes, který se stal symbolem věrnosti
V roce 1923 se v Japonsku narodil pes, který se pro celý svět stane symbolem věrnosti. Dostal jméno Hači, ale svět ho dnes zná pod přezdívkou Hačiko, tedy „malý Hači“. Stává se hrdinou několika filmů a knih, které všechny v různých variacích vyprávějí stejný příběh.   Hači vykoukne na svět 10. listopadu 1923 v japonském […]
Důl Karowe: Obří zásobárna diamantů
V posledních letech je už takřka jistotou, že hledání diamantů zde vyústí v dole Karowe v nějaký fantastický objev. Z 10 největších diamantů světa jich je právě tady nalezeno rovnou pět.   Výraz karowe v jazyce místních znamená drahý kámen. Mimořádně štědrý důl je do provozu uveden v 50. letech minulého století. Na svůj první výraznější zápis do […]
Záhady a napětí
Vlkodlaci mezi námi? Příběhy o nich sahají až do starověku!
Nejstarší dochovaný příklad přeměny člověka na vlka se údajně nachází v Eposu o Gilgamešovi z doby kolem roku 2100 př.nl. Dodnes však světem kolují příběhy, ve kterých slýcháváme o krvelačném vlkovi, jenž se objevil při úplňku.   Vlkodlak, jak ho nyní známe, se poprvé objevuje ve starověkém Řecku a Římě, v etnografických, poetických a filozofických […]
Heale House: Zastavilo tamní strašení záhadné plátno?
V anglickém Devonu zažívá rodina Smithových roky zvláštní paranormální jevy. Z jejich obýváku se linou zvuky piana, přestože v domě žádné není, a mezi pokoji přechází každou noc bledá žena v bílém hávu. Strašení ustane až v okamžiku, kdy rodina získá roky ztracený obraz. Mohla by zde být nějaká souvislost?   Anglický důchodce Alan Smith, majitel […]
Muž ukazuje na fotce z roku 5000 ameriku pod vodou
Cestování časem je populární fenomén, který čas od času ožije, když se objeví někdo, kdo tvrdí, že nahlédl do budoucnosti a že se chce podělit o svůj příběh. V roce 2018 jeden takový „cestovatel“ tvrdil, že má důkaz v podobě obrázku z roku 5000. Šlo jen o podvod? A je cestování časem možné, nebo jde jen o […]
Tady na vlak nečekejte! Kde leží nejstrašidelnější železniční stanice?
Opuštěná vlaková stanice Begunkodar v Indii, asi 325 kilometrů od města Kolkata, si už dekády drží titul nejstrašidelnější vlakové stanice na světě. Kdysi živá a fungující stanice je prý místem extrémního řádění duchů, které se má dít dokonce i za denního světla. Co všechno se tu má dít? A opravdu jde o paranormální jevy?   Na […]
Nenechte si ujít další zajímavé články
Bohémský interiér s pařížským šarmem
rezidenceonline.cz
Bohémský interiér s pařížským šarmem
Zcela nový projekt, vybavený odborníky na design z LUXXU, byl promyšlen do nejmenších detailů a evokuje francouzskou klasiku s dotekem historie. Exkluzivní realizace je tak ztělesněním pronikavého kouzla a elegance půvabné metropole země galského kohouta a jejího životního stylu. Hned po vstupu do nitra charismatického bytu je téměř hmatatelně cítit vůni panujícího avantgardního stylu –
Oslavy sv. Antonína: Svatby, barvy a chuť sardinek
historyplus.cz
Oslavy sv. Antonína: Svatby, barvy a chuť sardinek
Ve stáncích na ulicích Lisabonu se během oslav svatého Antonína prodává spousta dobrot. Největší zájem je ale jednoznačně o grilované sardinky. Lidé je obvykle pojídají spolu s křupavým chlebem. Bloumají při tom městem, které vzdává hold svému patronovi a „vyhlášenému dohazovači“. Pro jeho oblíbenost se mu občas říká „světec celého světa“. Je patronem zamilovaných, cestujících
Červnový festival Pivo na Náplavce představí 40 minipivovarů
epochanacestach.cz
Červnový festival Pivo na Náplavce představí 40 minipivovarů
Pivo na Náplavce – oblíbený degustační festival zlatavého moku, na kterém nebude chybět ani redakce Epochy na cestách, se v letošním roce bude konat 14. a 15. června na Rašínově nábřeží. Účastnit se ho budou stálice i nováčci, na pravém břehu Vltavy se představí 40 zástupců českých minipivovarů. Součástí festivalu budou i stánky s jídlem,
Hledání Semiramidiných zahrad
enigmaplus.cz
Hledání Semiramidiných zahrad
Při hledání místa, kde se zahrady stvořené pro Semiramis nacházely, se archeologové nemají čeho chytit. Německá skupina archeologů pod vedením Roberta Koldeweye se na domnělé místo vydává na přelomu
Nádherná Ivona Dadic se stala tváří hodinářské značky Norqain
iluxus.cz
Nádherná Ivona Dadic se stala tváří hodinářské značky Norqain
Ivona Dadic, rakouská sedmibojařka, má za sebou pozoruhodnou kariéru a již dosáhla mnoha milníků v atletice. Byla první Rakušankou, která se kvalifikovala na olympijský sedmiboj v roce 2012 v Londýně,
Kuskus s kuřetem a zeleninou
tisicereceptu.cz
Kuskus s kuřetem a zeleninou
Zbylo vám trochu pečeného kuřecího masa od oběda? Využijte ho k přípravě dalšího pokrmu. Potřebujete 150 g pečeného kuřecího masa 1 lžíci másla 3 lžíce oleje 250 g kuskusu 1 kuřecí bujón 1
Dceřin magický prsten střeží naše rodinné štěstí
nejsemsama.cz
Dceřin magický prsten střeží naše rodinné štěstí
Když ten šperk uviděla, doslova ji uhranul. Od té chvíle se nás štěstí drželo, ale jen do té doby, než se dcera rozhodla prsten prodat. Bylo to v dobách, kdy se hranice otevřely a my se začali hrnout do světa. U nás doma jsme nebyli výjimkou. První cesta vedla do Vídně. Možná si pamětníci vzpomenou na ty slevové kupony,
Tereza Kostková je pořád stejně štíhlá
nasehvezdy.cz
Tereza Kostková je pořád stejně štíhlá
V čem spočívá tajemství dokonalé postavy herečky a moderátorky Terezy Kostkové (47)? Konečně šla s pravdou ven. Zejména divačky si vždy v průběhu televizního pořadu StarDance aneb když hvězdí tančí
Nové zprávy z Europy. Astrobiologové se z nich neradují
21stoleti.cz
Nové zprávy z Europy. Astrobiologové se z nich neradují
Málokteré těleso ve Sluneční soustavě je pro astrobiology tak lákavé, jako Jupiterův Měsíc Europa. Pod jeho ledovým příkrovem se totiž ukrývá oceán kapalné vody, které je zde více, než v pozemských oc
O rodinu se umí manžel postarat
skutecnepribehy.cz
O rodinu se umí manžel postarat
Mezi mojí a Matějovou rodinou byla přehrada. Bydleli jsme sice, já i Matěj, v paneláku, ale rozdíly by přehlédl jen slepý. Já byla hýčkaná princezna, jezdili jsme k moři, v pokojíčku jsem měla růžové závěsy a růžový přehoz přes křesílko, snídala jsem chleba s medem nebo bábovku a měli jsme chatu u rybníka. Zato Matěj. To byl smutný případ. Děti se mu smály, že
Spa Hotel Děvín láká na relaxační pobyty, i na kulturu Mariánských Lázní
panidomu.cz
Spa Hotel Děvín láká na relaxační pobyty, i na kulturu Mariánských Lázní
Mariánské Lázně, město zapsané na seznamu UNESCO, jsou známé jako jedno z nejkomplexnějších lázeňských měst na světě. Toto město se pyšní čistým vzduchem, malebnými procházkami v okolních parcích a lesích a relaxačními procedurami, které poskytují novou energii a regeneraci. Spa Hotel Děvín Superior *** nabízí širokou škálu služeb pod jednou střechou. Hotel poskytuje léčebné a
Příroda jako architekt: Jak ledňáčci inspirovali Šinkansen
epochaplus.cz
Příroda jako architekt: Jak ledňáčci inspirovali Šinkansen
S rychlostí přesahující 270 km/h byl v roce 1989 japonský vlak šinkanzen zázrak techniky. Měl jenom jednu vadu – na hlasitou vlnu aerodynamického třesu, která vznikala s každým průjezdem tunelem, si stěžovali lidé i 400 metrů daleko. Problém dokázal vyřešit japonský inženýr Ejdži Nakacu díky svému hobby – byl totiž vášnivým pozorovatelem ptáků. Ejdži Nakacu