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
Ač vědci zkoumají rostliny do detailů na úrovni molekul či z globálních perspektiv, jsou stále okamžiky jejich života, jež jsou prakticky neprobádané a dají se na nich udělat průlomové objevy.   Jedním z nich je uvolňování pylu prašníky a jeho přenos hmyzem mezi květy. Prchavý děj, k jehož studiu nám víc než moderní přístroje pomůže […]
Toyota se má stát první automobilkou na světě, která vyšle vozidlo do vesmíru, konkrétně na Měsíc. Prototyp přetlakového vozítka pojmenované Lunar Cruiser absolvoval před pár dny první zkušební jízdu v terénu. Inženýři se tak připravují na další fázi projektu, informoval server Toyota Times News. Inspirována americkým závazkem vrátit se na Měsíc, pracuje Toyota na návrhu […]
Kakapů je momentálně na světě 242 a každý z nich má své jméno, i ti žijící v lesích. Všechny totiž znají ochranáři z Nového Zélandu. Dávají jim nejen jméno, ale i šanci, aby tento unikátní druh papoušků nevyhynul. Měl k tomu nakročeno, v 90. letech žilo posledních 51 kakapů.   Kakapo soví (Strigops habroptilus) není žádný drobeček, váží kolem […]
Čeští vědci ročně objeví a popíší desítky nových druhů organismů. Každý nově popsaný druh rozšiřuje poznání o přírodě a nabízí potenciál pro využití v medicíně, zemědělství i ochraně přírody. Tisíce jich ale ještě zůstávají neobjeveny.   Mnohé z nich z přírody mizí dříve, než je vůbec stihneme poznat. Taxonomie, která je základním kamenem pro jakýkoliv výzkum biodiverzity, […]
reklama
Historie
Dostávaly princezny Falckou korunu jako věno?
Konečně je králem. Jindřich IV. z Lancasteru v roce 1399 svrhl svého předchůdce Richarda II. z anglického trůnu a při té příležitosti nechává zhotovit soupis pokladů v královské pokladnici. Zastaví se snad chvilku nad gotickou ženskou korunou, bohatě ozdobenou drahokamy? Tuší, že se na ostrovy dostala z Čech?   Úzká zlatá obroučka měří v průměru […]
Dřel Krčín dělníky z kůže?
Jakub Krčín je nejen chytrý, ale i nesmírně podnikavý. Jakožto hospodářský správce obrovského dominia Rožmberků má navíc velký vliv. Zakládá pivovary, mlýny, dvory, ovčíny a samozřejmě rybníky. Při jejich budování jde však přes mrtvoly!   Počátky rybníkářství v Čechách se ztrácejí v mlze. Chybějí přímé důkazy, zůstávají jen různé hypotézy. Skutečné rybníky začnou zakládat až […]
Slavná sídla hlav států: Kde se tvoří dějiny?
Nejzásadnější rozhodnutí se odehrávají za zdmi paláců, v nichž sídlí nejmocnější muži světa. Jaká je historie budov, kde přebývají prezidenti či předsedové vlád? Byly vůbec postaveny pro ně? A kdy se tam vlastně nastěhovali?   Místo pro sídlo hlavy státu si vybral už George Washington (1732–1799), první americký prezident, a zúčastnil se také 13. října 1792 […]
Budoval Jiří IV. britský Tádž Mahal pro své milenky?
Nevypadá ani trochu jako britské královské sídlo. Spíš jako palác z Pohádek tisíce a jedné noci. V anglickém přímořském letovisku Brighton ho nechává zbudovat král Jiří IV., který si v něm chce léčit bolestivou dnu, a navíc potřebuje zázemí pro své milostné eskapády.   Zpočátku stojí na místě této extravagantní stavby letní sídlo pro prince z Walesu, […]
Zajímavosti
Iluze Měsíce: Je tak velký, jaký ho vnímáme?
Podívejte, nad obzorem vychází Měsíc. Ten je ale veliký! Když ale pár chvil počkáte, než se dostane vysoko na oblohu, najednou bude sotva poloviční. Proč se zmenšil? Je najednou od Země dál? Rozhodně není, všechno je jen iluze!   „Když je Měsíc nízko na obzorem, jeho světlo k nám prochází hustší atmosférou, a ta ho […]
Antibakteriální gel: Skutečně ochrání před nemocemi?
Antibakteriální gely se staly naším společníkem nejen na cestách, ale také v běžném životě: jsou po ruce v kanceláři, doma i v restauracích. Nosíme je v kabelkách i v kapsách. Víte ale, jak je používat správně, aby skutečně fungovaly? Existuje několik zásad, které se vyplatí dodržovat.   Dezinfekce jako taková je známá už od konce […]
Chtělo by to kolečka! Jak vznikla kancelářská židle?
Dva kroky k exempláři na stole, tři k mikroskopu a zpět ke svému stolu jich musí ujít pět. A za chvíli dva další kroky k odpadkovému koši! Vstát, sednout – a pořád dokola. Světoznámý přírodovědec Charles Darwin to vyřeší: na židli si přimontuje kolečka!   Od kdy lidé používají židle? Chtělo by se říct, že takřka od vždy. […]
Tisacali: Vesnice ukrytá v obří jeskyni!
Na obzoru se objeví plachetnice. Nepřátelé! Je jedno, jestli to jsou Římané nebo Kartáginci. Tak či onak přicházejí loupit a vraždit. Skupina lidí prchá tajnou stezkou do kopce. Tam, ve skrytu před kýmkoliv, je město, které je jejich poslední nadějí…   Je horký den roku 1910. Ettore Pais (1856–1939), slavný italský archeolog, se vydává na […]
Záhady a napětí
Italská sekta Beati Paoli: Chránila, nebo vykořisťovala?
Ve dne putují od kostela ke kostelu v mnišském rouchu a v noci se zase scházejí v podzemí Palerma a spřádají temné plány. Jsou odhodláni mstít se za bezpráví, jehož se vlivní bohatí dopouštějí na chudých a slabých obyvatelích města. Alespoň tak společenství Beati Paoli líčí některé pověsti. Existovalo vůbec? A bylo jejich cílem skutečně […]
Tajemný Krvomlýn v Harasově: Legenda o lásce a pomstě
V srdci Kokořínska, mezi pískovcovými skalami a lesy, stojí místo opředené krvavou pověstí. Kdysi zde prý existovalo mlýnské kolo, které místo vody poháněla lidská krev. Pověst vypráví o tragické lásce, surové pomstě a duchu nešťastné dívky. Kde se tato temná legenda vzala?   V kokořínském kraji na tvrzi Harasov žije Slavibor se svou krásnou dcerou […]
Fenomén „divokých mužů“ ve středověké mytologii: Byli to přežívající neandrtálci?
Chatrně oblečený venkovan se kradmo ubírá lesem a co chvíli se pozorně rozhlíží. Nedivte se, vydat se v 15. století do lesa pro nějaký ten otop, to byl často i hrdelní zločin. Pak se však stane něco strašného. V lesním přítmí spatří mohutnou postavu s černými rozcuchanými vlasy. Je to snad sám vládce pekla?   Ve středověké […]
Magické křižovatky: Hranice mezi světy
Na první pohled obyčejné místo. Silnice, která se rozbíhá do čtyř stran. Křižovatka. Ale podle pradávných věr právě tady slábne závoj mezi světy. Je to místo, kde můžete přivolat duchy, uzavřít smlouvu s démonem nebo získat dovednosti, které nejsou z tohoto světa. Opravdu tady můžete změnit svůj osud? A jak vysokou cenu za to zaplatíte? […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Mimozemský život nemusí být založen na uhlíku
21stoleti.cz
Mimozemský život nemusí být založen na uhlíku
Šest protonů v jádře, schopnost vytvářet čtyři vazby, za pozemských teplot a tlaků pevné skupenství, tak takový je uhlík. Právě on je základním stavebním kamenem veškerého života, jak jej na naší plan
Moje sousedka mi začala dělat problémy
nejsemsama.cz
Moje sousedka mi začala dělat problémy
Nikdy jsem si nemyslela, že se v důchodu budu muset znovu učit říkat „ne“. Jmenuji se Irena, je mi 70 let a až do nedávné doby jsem byla přesvědčená, že mám vcelku klidný a vyrovnaný život. Byla jsem dlouhé roky šťastně vdaná, manžela mi před časem bohužel vzala rakovina. Měli jsme jedinou dceru, ta se
Muffiny s jahodami a jogurtem
tisicereceptu.cz
Muffiny s jahodami a jogurtem
Jogurt lze naředit několika kapkami mléka. Suroviny na 12 kusů 100 g hladké mouky 120 g pohankové mouky 80 g cukru krystal 1 lžička skořice 2 lžičky prášku do pečiva 2 lžíce oleje 1 rozmix
Zoologie: Mláďata goril a návrat losů – Dobré zprávy ze světa zvířat
epochaplus.cz
Zoologie: Mláďata goril a návrat losů – Dobré zprávy ze světa zvířat
Svět zoologie přináší na jaře samé dobré zprávy! Pražská zoologická zahrada se pyšní hned dvěma novými gorilími mláďaty, z nichž nejmladší, samička Gaia, byla slavnostně pokřtěna ikonickou primatoložkou Jane Goodallovou. Zároveň se po desítkách let v české části Krkonoš objevil los evropský, a potvrdil tak dobrou kondici zdejší přírody. Tyto události nejenže ukazují na úspěchy
Chrám Pumapunku: Postavili ho bozi primitivních domorodců?
enigmaplus.cz
Chrám Pumapunku: Postavili ho bozi primitivních domorodců?
Na území bolivijských And v nadmořské výšce 4000 metrů se nachází místo, jehož existence je záhadou. Ruiny chrámového komplexu zvaného Pumapunku jsou tvořeny kamennými bloky tak inženýrsky přesných tv
Vojtková už nebude skákat, jak on píská
nasehvezdy.cz
Vojtková už nebude skákat, jak on píská
Otočily se v manželství Romana Vojtka (53) a Petry Vojtkové (37) role a tentokrát to bude on, kdo bude žadonit o pozornost své lásky? Jeho žena totiž údajně začíná víc stavět samu sebe na první mí
Naučila jsem se říkat pravdu do očí
skutecnepribehy.cz
Naučila jsem se říkat pravdu do očí
Lhát se prostě nemá. Nikdy! Ani ve chvílích, kdy člověk nepřizná pravdu jen proto, aby udělal druhým radost. To mě naučila až moje dcera. Jako holka z vesnice jsem byla vychovávána tak, že musím být za každou cenu slušná. Vždy a všude, i v případě, že mi to nebude úplně po chuti. A tak jsem občas snědla to, co jsem
Když konturování, tak podle tvaru obličeje
panidomu.cz
Když konturování, tak podle tvaru obličeje
Konturování je jednou z nejužitečnějších metod make-upu a vyplatí se ji naučit. Dokáže totiž vytvořit iluzi ideálního tvaru obličeje. Konturování vlastně napodobuje efekt světla a stínu: Světlem vytahuje líbivé rysy obličeje a tmavšími tóny zatlačuje do pozadí ty méně povedené. A protože každá tvář je originál, neexistuje jeden univerzální postup, jak si konturováním dodat na
Oslava elegance: piknik šampaňského MUMM zazářil na karlovarském festivalu
iluxus.cz
Oslava elegance: piknik šampaňského MUMM zazářil na karlovarském festivalu
Exkluzivní šampaňské MUMM Cordon Rouge uskutečnilo první piknik v rámci 59. ročníku Mezinárodního filmového festivalu Karlovy Vary. Akce, jež proběhla v malebné zahradě hotelu Imperial, přivítala řadu
Odlehčenost, subtilnost, vzdušnost a styl
rezidenceonline.cz
Odlehčenost, subtilnost, vzdušnost a styl
To všechno naše domovy získají, pokud je vybavíme některým z moderních typů sedacího nábytku s přiznanou konstrukcí ze dřeva či kovu. Zvolené řešení ovlivňuje samozřejmě jak vzhled, tak funkčnost každé sedací soupravy, a to i v případě, že konstrukční prvky nejsou vidět. Ocelové i dřevěné prvky ovšem bývají kvůli svému vzhledu přiznané, a to ve
Albrecht II. rázně potlačil pražskou vzpouru
historyplus.cz
Albrecht II. rázně potlačil pražskou vzpouru
„Já jim dám. Kacíři jsou to, a navíc i zrádci!“ rozčiluje se Albrecht Habsburský a s očima zapíchnutýma do podlahy přechází z jedné části komnaty na druhou. Hlavní adept na uvolněný český trůn umí být velkorysý a má smysl pro spravedlnost, ale zdejší kališníci u něj kolaborací s polským princem překročili únosnou mez. Za to
Za tajemnými menhiry po Česku
epochanacestach.cz
Za tajemnými menhiry po Česku
Česká republika je poseta menhiry různého stáří a původu. K některým se pojí temné historické pověsti, jiné jsou vyhlášené pro své energetické působení. Navštivte s námi oblíbené menhiry, jež zdobí naši zem. Zakletý mnich u Drahomyšle Zakletý mnich u Drahomyšle (viz úvodní foto) poblíž Žatce je asi naším nejznámějším menhirem. O tomto kameni také existuje pověst. V
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