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
Vůbec první přímý přenos rozmnožování mořských korálů v umělých podmínkách se podařilo zachytit vědcům z londýnského Mordenu. Cílem projektu laboratoře Coral Spawning Lab a společnosti Canon je porozumět životním cyklům těchto organismů klíčových pro udržení ekosystému na planetě a poskytnout informace a nástroje, které umožní je zachránit.   Laboratoř Coral Spawning Lab se zabývá záchranou […]
Lidští rodiče musí podstoupit nemalé oběti, aby si pořídili dítě. V těhotenství ženám rostoucí plod odčerpává živiny a při porodu je může i ohrozit na životě. Oba rodiče pak do dítěte investují nemalé finanční prostředky, svůj čas a často i nervy. V živočišné říši ovšem existují rodiče, kteří do svých potomků investují ještě více.   […]
Na jednom z 3000 m vysokých vrcholků v chilské poušti Atacama se tyčí 74 metrů vysoká ocelová konstrukce. Do pár let se z ní stane největší optický dalekohled světa s průměrem hlavního zrcadla přes 39 metrů.   Málokdo dostal k Vánocům 2023 sofistikovanější dárek než Extrémně velký dalekohled (ELT). Před koncem roku vyslala Evropská jižní observatoř (ESO) na 10 000 km […]
Existuje skupina onemocnění, v 95 % zatím neléčitelných, jimiž celosvětově trpí více lidí, než je pacientů s rakovinou a AIDS dohromady. Přesto jsou nazývána jako vzácná onemocnění, protože na každé z nich připadá jen několik stovek či desítek pacientů.   Vzácných onemocnění je známo okolo 7000 a v ČR jimi trpí půl milionu osob (a […]
reklama
Historie
Fred Astaire: U filmu mu dali nejdřív košem
Elegán s graciézními pohyby tančí ve světle reflektorů. Miláček národa stále hledá partnerku, která mu bude důstojným protějškem. A pak jednoho dne spatří tu pravou. Světový film v tu chvíli získá legendu – duo Ginger a Fred.   Přistěhovalec z Rakouska Fritz Austerlitz (1868–1923) pracuje v pivovaru v americké Nebrasce a se svým životem je docela spokojený. […]
Palác makedonských králů: Navrhl ho autor jednoho z divů světa?
Kráčí s hlavou hrdě vztyčenou. Konečně se dočkal. Po násilné smrti svého otce Filipa II. je Alexandr Makedonský prohlášen králem. Ke slavnostnímu okamžiku přitom dochází v honosném paláci v Aigai, tehdejší metropoli království.   Velkolepé sídlo nechal vystavět už Alexandrův otec Filip II. (asi 382–336 př. n. l.). K dílu snad přizval věhlasného architekta Pythea […]
Galerie krásek: Na zdi se potkaly princezna s dcerou ševce
Za jeho vlády se z bavorského Mnichova stává centrum kultury a umění. Král Ludvík I. miluje malířství, sochařství i architekturu. Je ale také znalcem ženských půvabů a právě největším krasavicím své doby se rozhodne zasvětit celou obrazovou galerii.   Galerie krásek není v éře Ludvíka I. Bavorského (1786–1868) žádnou novinkou. Pyšnili se jimi vládci z […]
Zlato posledního inku nespasilo?
Na čele velkého inky Huayna Capaca se lesknou krůpěje potu. Špatně se mu dýchá, občas blouzní. Horečka ne a ne klesnout. Umírá náhle, pravděpodobně na neštovice nebo jinou nemoc, zavlečenou do Ameriky z Evropy.   Incká říše se po jeho smrti v roce 1527 rozdělí na dvě části – mezi prince Huáscara (asi 1490–1532) a Atahualpu […]
Zajímavosti
Janet Parkerová: Poslední úder pravých neštovic
Je tomu 46 let, kdy v naprosté izolaci zemře poslední oběť pravých neštovic, britská fotografka Janet Parkerová (1938–1978). Stane se tak v době, kdy už mají být minulostí, protože svět po dlouhém boji oslavuje jejich oficiální vymýcení.   Je jí čtyřicet. S manželem Josephem mají dva psy a malý domek na předměstí Birminghamu. Pracuje jako […]
Kuna, kohout, jednorožec: Jak přišly státy ke svým symbolům?
Každá země má svoji vlajku, státní znak, hymnu… a většinou také symbolické zvíře! Jak ale vybrat to pravé?   Ocitli jste se na území dnešního Chorvatska v době středověku a musíte zaplatit daně? Peníze si nechte, platí se tu kunami – stačí je stáhnout z kůže! Kožešina z drobných šelem je natolik výhodným artiklem, že […]
Cesta kostí: Děsivá jízda po nejdelším pohřebišti světa!
Její oficiální označení, tedy R504, nic moc neřekne. Stačí se ovšem zmínit o „Cestě kostí“, jak je kolymská silnice přezdívána, a na povrch se začnou drát hrůzy, které její stavbu provázely. Podepsán pod nimi není nikdo jiný než Josif Vissarionovič Stalin.   Oblasti, kudy vede, se říká ledová poušť. Jde o jedno z nejchladnějších míst […]
Vrať se aneb Příběh bumerangu
Věci vyhazujeme proto, že se jich chceme zbavit, nikoliv aby se nám vrátily zpět. Existuje ale výjimka – už tisíce let lidé s nadějí na návrat vyhazují bumerang!   Když najdou archeologové v 80. letech 20. století v jeskyni Oblazowa v Polsku asi 60 cm dlouhý kus mamutího klu, něco se jim na něm nezdá. […]
Záhady a napětí
Záhada hliněné destičky z Turecka: Jaký rituál ukrývá text psaný neznámým jazykem?
Archeologové během loňských vykopávek v Turecku objevili hliněnou tabulku popsanou dosud neznámým mrtvým jazykem používaným před více než 3000 lety. Z doprovodného textu v chetitštině vyplývá, že tabulka zachycuje nějaký starověký rituál. Podaří se vědcům jazyk rozluštit a dávný rituál přečíst?   „Byl objeven nový indoevropský jazyk.“ Těmito slovy představuje vedoucí archeologických vykopávek Prof. Dr. […]
Mystérium jménem egregory: Jde o naše strážné anděly?
V uplynulých desetiletích se zrodilo mnoho nových esoterických konceptů pracujících s existencí nehmotné energie nebo rovnou bytostí, které žijí mimo dosah našich obyčejných smyslů. Mezi tyto bytosti patří i tajemné egregory. Jde o andělské bytosti, které nad námi bdí, nebo jsou spíš negativní povahy?   Váš život prochází turbulentním obdobím. Právě jste změnili práci a […]
Moře na pobřeží Texasu vyplavuje lahve použité při magických rituálech
Na texaských se plážích se v poslední době začaly objevovat záhadné „čarodějné lahve“, podle všeho jde o relikvie použité při magických rituálech. Velmi často tyto nádoby obsahují lidskou moč, vlasy, odstřižené nehty, rezavé špendlíky a další podivné objekty. Jak se do moře dostaly a k čemu měly sloužit?   Moře občas na pevninu vyplaví lecjaké […]
Tajemný hluk znovu udeřil! Co pronásleduje obyvatele severoirského městečka?
Je to záhada, která trvá už po desetiletí a se kterou si stále nikdo neví rady. Tajemný hluk vycházející z neznámého zdroje a pronásledující lidi z mnoha městeček a měst po celém světě je navíc pořád aktuálním problémem. To dokazuje i dosud nejnovější případ ze severoirského města Omagh. Co přesně trápí tamní obyvatele?   Nad severoirským městečkem, […]
Nenechte si ujít další zajímavé články
Císař Napoleon III.: Cestu k moci mu umetla milenka
historyplus.cz
Císař Napoleon III.: Cestu k moci mu umetla milenka
Velkorysé ubytování, dobré jídlo, spousta času ke studiu. Na první pohled si Karel Ludvík Napoleon nemůže na pobyt v severofrancouzské pevnosti Ham stěžovat. Až na to, že zde má jako vězeň strávit celý zbytek života. S tím se však nehodlá smířit. Ve chvíli, kdy v pevnosti probíhají rekonstrukční práce, převleče se za zedníka a uteče! Ve vězení skončí
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
Po Královéhradeckém kraji za tradičními gastrospecialitami
epochanacestach.cz
Po Královéhradeckém kraji za tradičními gastrospecialitami
V Královéhradeckém kraji si každý najde to svoje! Pokud nejste milovníky lyžování nebo běžkování, nemusíte se bát, že byste se tady během zimních měsíců nudili. Přinášíme vám tipy na skvělé výlety, během nichž objevíte mnoho utajených koutů kraje. Když využijete veřejnou dopravu, neutratíte za výletování celou výplatu. Za svůj výlet se určitě nezapomeňte odměnit vyhlášenými
Na jaře hrozí záněty močových cest. Naštěstí jim lze předcházet
nejsemsama.cz
Na jaře hrozí záněty močových cest. Naštěstí jim lze předcházet
Záněty močových cest patří k častým onemocněním, která dokážou znepříjemnit život. Trpí jimi především ženy. Zvláště v jarních měsících může obyčejné prochladnutí skončit bolestmi a pálením při močení, zvýšenou teplotou a krví v moči. Jak se proti infekci účinně a jednoduše bránit? Buďte v teple Prostydnutí patří mezi rizikové faktory vzniku zánětu močových cest, proto si dejte pozor na prochladnutí zejména
Becherovka: Likér s chutí tajemství…
epochaplus.cz
Becherovka: Likér s chutí tajemství…
Mnoho světových značek si své výrobní postupy přísně střeží. Nejinak je tomu rovněž i v případě slavné, věhlasné Becherovky Original. Říká se, že její výrobní recepturu prý vždy znají pouze dva zaměstnanci. Ti v přesném poměru míchají směs přibližně dvaceti různých bylin a koření. Celkově se její přímou výrobou údajně zabývá jen dvacet lidí, i
Vzácná fosilie je podvod
21stoleti.cz
Vzácná fosilie je podvod
Sto let vzbuzuje italská zkamenělina plaza úžas, zejména svou výjimečně zachovalou kůží, která se u fosilií starých 280 milionů let takřka nevidí. Psalo se o ni v knihách i článcích, až nyní ji ale vě
Našel si mě v parku snad duch studenta?
skutecnepribehy.cz
Našel si mě v parku snad duch studenta?
Seděla jsem na lavičce a učila se na zkoušku. Najednou mě oslovil mladík a celou látku mi vysvětlil během chvíle. Pak se po něm slehla zem. Jako studentka vysoké školy jsem se ráda učila v parku nedaleko domova. Měla jsem tam svou oblíbenou lavičku, kde byl klid i hezký rozhled po parku. Cítila jsem se tam v bezpečí, i když musím říct,
Petr Martinák: Politiky nedělám, až na dva
panidomu.cz
Petr Martinák: Politiky nedělám, až na dva
„Publikum by mi neodpustilo, kdybych jim nedopřál aspoň dva prezidenty, kteří jsou pro každého imitátora skutečnou lahůdkou – a to jsou samozřejmě Václav Klaus a Miloš Zeman. Ostatní politiky fakt nedělám, protože to je nevděčné. A navíc máme takovou spoustu jiných, krásných hlasů“, prozradil populární bavič a imitátor Petr Martinák, který byl hostem březnového talk-show
Pikantní tuňáková pomazánka
tisicereceptu.cz
Pikantní tuňáková pomazánka
Nevíte, co si počít s konzervovaným tuňákem? Máme pro vás připravený opravdu chutný recept. Suroviny 1 velká tuňáková konzerva 1 větší červená cibule 2 lžíce citronové šťávy 4 lžíce jogurtu n
Létající město v Nigérii doprovázel i hluk: Žijí v něm džinové?
enigmaplus.cz
Létající město v Nigérii doprovázel i hluk: Žijí v něm džinové?
V březnu 2011 se v malé pohraniční vesnici Dulali v nigerijském státě Bauchi odehrává něco neuvěřitelného. Několik stovek tamních obyvatel bezprostředně po ranní modlitbě v místní mešitě na obloze spa
Svádí Tomešovou během natáčení?
nasehvezdy.cz
Svádí Tomešovou během natáčení?
Roztomilá herečka Michaela Tomešová (32) má mnoho tajných ctitelů. A to nejen mezi sledujícími na sociálních sítích, ale nejspíš i v hereckých řadách. Zakoukat se do ní dokonce měl i pohledný herec
Hennessy a iniciativa Sázíme Česko zakládají les budoucnosti
iluxus.cz
Hennessy a iniciativa Sázíme Česko zakládají les budoucnosti
České zastoupení značky Hennessy, ve spolupráci s iniciativou Sázíme Česko, nedávno prokázala, že udržitelnost je pro ně více než jen fráze. Během akcí, které se konaly 12. a 13. dubna, dokončila skup