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
V dnešním městě Tello v jihovýchodním Iráku, kdysi starověké metropoli Girsu, objevili archeologové pozůstatky dvou chrámů, postavených na sobě. Na ruinách sumerského chrámu vyrostl druhý, spojený s mocným makedonským králem Alexandrem Velikým i bájným antickým hrdinou a silákem Herkulem.   Sumerské město Girsu bylo pravděpodobně osídleno už v době 5300 až 4800 let př. n. l., kdy […]
Na první pohled se mohou jevit jako přežitek, který už dávno překonal svou dobu. Opak je pravdou. Přechodové rituály tvoří nedílnou součást našeho života. Znamenají totiž nejen změnu naší společenské definice, ale zejména individuálního chápání sebe sama.   Podrobně se na tento fenomén životních změn zaměřil antropolog a religionista s francouzskými kořeny Arnold Van Gennep […]
Společnost HTC VIVE úspěšně nasadila headset HTC VIVE Focus 3 na mezinárodní vesmírné stanici ISS. Jde o první headset pro duševní zdraví, který dokáže bez problémů každodenně pomáhat veliteli šestiměsíční mise Andreasi Mogensenovi z Evropské vesmírné agentury se zvládáním dlouhého odloučení od Země i blízkých. Nyní přichází další fáze testů, tentokrát zaměřená na udržení kondice a […]
Vědci nalezli v třetihorním baltském jantaru důkazy, že nejen vzhled hmyzu, ale také jeho chování je konzervováno desítky milionů let.   Přibližně před 40 miliony let se termití pár druhu Electrotermes affinis zrovna věnoval námluvám, když uvízl v lepkavé pryskyřici stromu a navždy zůstal uvězněn ve zkamenělém jantaru. Tato dosud jediná známá fosilie páru termitů poskytla […]
reklama
Historie
Obětí stalinských čistek byla i křehká baletka
Venku je minus 43 stupňů, ale baletka slavného Kirovova souboru musí tančit. Porce jídla navíc, kterou dostane za představení pro dozorce krutého nápravného lágru, pro ni může znamenat rozdíl mezi životem a smrtí.   V roce 1926 si leningradská umělecká veřejnost vypráví jen o 17leté sólistce věhlasného Kirovova baletního souboru. Nina Alexandrovna Anisimovová (1909–1979) se v průběhu […]
Holubího reka nechali vycpat
Obránci francouzské pevnosti Vaux, střežící přístup k Verdunu, se už dlouho neudrží. „Tohle je naše jediná šance,“ říká velitel a vysílá jejich posledního poštovního holuba s žádostí o pomoc…   Nezbývá než doufat, že holub Vaillant poselství doručí. Od 2. června 1916 Němci útočí na opevnění Vaux, střežící severovýchodní přístup k městu Verdunu. Major Sylvain Eugène Raynal (1867–1939) […]
Inaugurace prvního prezidenta USA: Washington si musel půjčit na cestu
Atmosféra v New Yorku je ve čtvrtek 30. dubna 1789 mimořádně slavnostní. Už od rozbřesku se lidé shromažďují v ulicích města. Všichni v radostném napětí očekávají, co se bude dít. Prezidentskou přísahu ještě dosud nikdy neviděli…   Davy lemují newyorskou Cherry Street. Právě na této ulici na Manhattanu se v čísle 3 nachází nová rezidence […]
Diktátor rozpoutal petrželový masakr
Voják se sveřepou tváří ukáže spoutanému zajatci petržel. „Jak se to jmenuje?“ udeří na něj. Když ho jeho odpověď neuspokojí, pozvedá mačetu a nešťastníkovi se špatnou výslovností na místě setne hlavu.   Ostrov Hispaniola v karibském souostroví Velké Antily je velký přibližně jako Česká republika, ale o místo na něm se dělí dva státy. Napjaté vztahy […]
Zajímavosti
Žraloci na kokainu postrachem Floridy
Kauzu drogově závislých žraloků řeší tým odborníků z Floridy. Americký stát totiž funguje jako důležitý uzel pro obchodníky s drogami, zejména kokainem, putujícím do USA z Jižní a Střední Ameriky. A protože ne vždycky probíhá cesta podle plánu, je občas pro pašeráky bezpečnější se nákladu prostě zbavit. Hodit ho do moře.   A spolu s […]
Odkud vzala Evropa své jméno?
Evropa je něco víc než jen geografický útvar. Tento pojem přitom vznikne dříve, než lidé začnou rozlišovat různé části světa na kontinenty.   Starověcí Řekové rozdělují svět do tří hlavních celků: Evropy, Asie a Libye, tedy tehdy známé severní části Afriky. Tyto rozdíly použije antický učenec a „otec kartografie“ Klaudios Ptolemaios (asi 85–168) pro mapu […]
Měsíc: Ráj pro těžaře!
Dlouhou dobu byl Měsíc pro lidstvo jen na míle vzdálenou stříbrnou koulí na obloze. Jenže pak Neil Armstrong 21. července 1969 udělá „malý krok pro člověka, ale velký skok pro lidstvo“ a od té chvíle začne být tato jediná známá přirozená družice Země vcelku lákavou destinací.   K tomu, aby se na Měsíc přestěhoval člověk natrvalo, […]
Fidel Pagés Miravé: Muž, kterému vděčíme za epidurální anestezii
Když mladý španělský válečný lékař během první světové války vidí utrpení raněných vojáků, hledá způsob, jak jim od bolesti rychle ulevit. Najde epidurální anestezii!   Španěl Fidel Pagés Miravé (1886–1923) vystuduje medicínu v Zaragoze na severovýchodě země. Promuje v roce 1908 a nastoupí k vojenskému zdravotnickému sboru, kde je přidělen vojenské nemocnici v madridské čtvrti […]
Záhady a napětí
Albrecht z Valdštejna: Zachránce, nebo zrádce?
Albrecht Václav Eusebius z Valdštejna (1583–1634) patří mezi nejkontroverznější postavy českých dějin. Tento cílevědomý muž celý život dychtí po moci a úspěšně vede války, přestože trpí dnou a pravděpodobně i syfilidou. Skutečně jeho kroky řídila zásadním způsobem astrologie?   Valdštejn pochází sice ze starého, avšak nepříliš majetného rodu. Jeho rodina žije na tvrzi v Heřmanicích, […]
Obraz plačící chlapec: Proč nikdy neshoří?
Jako nejprokletější obraz na světě bývá označován Plačící chlapec. Údajně je na něm dítě, jehož rodiče zemřeli při požáru a ono pak proklelo každé místo, kde se nacházelo. Jakékoliv jeho zpodobnění má nosit smůlu a domy, v nichž se obraz objeví údajně často shoří na popel. Podle zpráv hasičů ale samotný obraz neshoří nikdy. Má […]
Upálení Agnes Sampson: Proč si mysleli, že je skutečnou čarodějnicí?
Čarodějnické procesy jsou temným obdobím evropských dějin. Během 16.–18. století probíhaly doslova pogromy na lidi, kteří měli být údajně ve spojení s pekelnými silami. Na tento fanatismus doplatila ve Skotsku i jedna žena, která sama o sobě tvrdila, že má zvláštní schopnosti. Mohla přece jen mluvit pravdu?   V roce 1590 vyrazili vojáci skotského krále Jakuba VI. […]
Aztécké píšťaly smrti: Šlo o předměty používané při obětech?
Má pouhých pět centimetrů. Přesto podle některých lidí dokáže vytvořit ten úplně nejstrašidelnější zvuk na světě. „Rozhodně vám nažene strach,“ uvádí popularizátor vědy James Orgill. Řeč je o aztécké píšťale smrti. K čemu před dávnými staletími sloužila? Používala se při mimořádně krvavých rituálech nebo ji nosili vojáci na bitevní pole?   Archeologům se naskýtá děsivý pohled. […]
Nenechte si ujít další zajímavé články
Náš Hektor věděl předem, kam udeří blesk
skutecnepribehy.cz
Náš Hektor věděl předem, kam udeří blesk
Mrak na obloze nevypadal nebezpečně. Najednou z něho ale vyšlehl blesk, který zasáhl strom. Kdybychom nedali na našeho psa, byl by s námi asi konec. Ačkoli náš pes byl vzrůstu malého, původu rozmanitého a dobrácké psí duše, byl to pravý hrdina! Byl moc chytrý a statečný, jak mohl mnohokrát za svůj osmnáctiletý život předvést. Nezalekl se ani toulavé kočky,
Mrkvové karbanátky
nejsemsama.cz
Mrkvové karbanátky
Jsou originální alternativou masa. Pokud by vám ale přece jen chybělo, můžete karbanátky zvydatnit přidáním na kousky opečené slaniny. Ingredience na 4 porce: ● 500 g vařené mrkve ● 500 g brambor vařených ve slupce ● 1 lžíce nasekané petrželky ● 4 jarní cibulky ● 1 vejce ● sůl ● pepř ● 3 lžíce strouhanky ● ½ lžičky drceného kmínu ● strouhanka na obalování ● olej na smažení Postup: Brambory oloupejte
Podivuhodné chobotnice:  Hraví, zlomyslní, ale hlavně vysoce inteligentní bezobratlí
21stoleti.cz
Podivuhodné chobotnice: Hraví, zlomyslní, ale hlavně vysoce inteligentní bezobratlí
V životě chobotnice, velmi inteligentního živočicha, nevyhnutelně nastanou chvíle, kdy se nudí. V důsledku toho se zabaví hrou s různými předměty, které bohužel nejsou k snědku anebo jízdou na medúzác
Nová kapitola Narciso Rodriguez
iluxus.cz
Nová kapitola Narciso Rodriguez
Narciso Rodriguez uvádí na trh novou kapitolu ikonické řady for him s vůní for him vetiver musc. Tato elementární a aromatická novinka představuje únik k smyslné harmonii přírody. Vůně for him veti
Hrad Košumberk: Dnes pustý, kdysi výstavný
epochanacestach.cz
Hrad Košumberk: Dnes pustý, kdysi výstavný
Jen pár set metrů nám postačí, abychom se od Chlumku kolem kaple sv. Jana Nepomuckého přesunuli ke zřícenině hradu Košumberk. Dnešní zřícenina pochází z druhé poloviny 13. století, bývala pyšným gotickým hradem a dokonce byla doplněna o renesanční zámek. Košumberk je pustý od konce 18. století a dnes si při jeho návštěvě můžeme projít nejen pozůstatky
Tajemná moc menhirů: Zachraňuje jihočeské Stonehenge životy?
enigmaplus.cz
Tajemná moc menhirů: Zachraňuje jihočeské Stonehenge životy?
Přesný účel prastarých megalitických staveb není dodnes znám. Určité indicie ovšem naznačují, že jim lidé možná už v dávnověku připisovali léčivé účinky. Příznivý vliv na zdraví má údajně i moderní ka
Moderní rezidence u rovníku
rezidenceonline.cz
Moderní rezidence u rovníku
Rezidence vznikla v rovníkovém Ekvádoru. Betonová stavba rozvržená do tvaru písmene T působí přes svou masivní konstrukci příjemně svěžím, elegantním a odlehčeným dojmem. Tři podlaží, tři obytná kř
Dýňové rizoto se sýrem
tisicereceptu.cz
Dýňové rizoto se sýrem
Dýňové rizoto si bude rozumět i s aromatičtějšími druhy sýrů. Zkuste s modrou plísní nebo kozí. Ingredience 1 hrnek kulatorznné rýže 200 g dýňového pyré 1 lžička kari 1 stroužek česneku 150
Libeček: Chutná, přivolává lásku i zlepšuje zdraví
epochaplus.cz
Libeček: Chutná, přivolává lásku i zlepšuje zdraví
V antice se bez něj neobejdou Řekové ani Římané. Když se pak rozšíří po Evropě, libeček se pěstuje i v klášterních zahradách. Oblíbí si ho nejen léčitelé, ale také kuchaři a v gastronomii si získá stálé místo. A příznivci ezoteriky tvrdí, že vám pomůže do života přivolat lásku a další dobré věci! Mohutné, svěže zelené
Večeře bez masa a rychle
panidomu.cz
Večeře bez masa a rychle
Jde to a uvidíte, že budou i chutné. Někdy stačí opravdu jen pár surovin a můžete vykouzlit opravdovou dobrotu. Sýr pečený v těstě (2 porce) 2 kusy sýra camembert nebo hermelín, 1 balíček listového těsta, 100 g vlašských ořechů, tymián, rozmarýn, sůl, pepř mletý, 1 cibule, máslo, 12 čerstvých žampionů, smetana ke šlehání, vejce na
Zradily sv. Martina husy?
historyplus.cz
Zradily sv. Martina husy?
Muž v jednoduché mnišské kutně vleze do hospodářského stavení plného opeřenců. „Snad mne tady nenajdou,“ přemítá, když zdáli slyší procesí lidí, kteří po něm pátrají. Záhy zvuky přehluší kejhání ptáků, mezi nimiž se ukryl.   „Budeš vojákem,“ dozví se od svého otce Martin Tourský (asi 316–397). Sám válečník chce synovi zajistit dobrou budoucnost. Z chlapce,
Odpustila žena Gránskému milenku?
nasehvezdy.cz
Odpustila žena Gránskému milenku?
Herec ze seriálu ZOO David Gránský (32) má už dlouhé roky pověst svůdníka. A to i přesto, že je několik let ženatý a má doma manželku Nikolu Gránskou (30). Ta by pro svého manžela  udělala první pos