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
Pacienti s celiakií, pšeničnou alergií a intolerancí se konečně dočkají bezlepkového pečiva kvality konvenčního pečiva. Novou recepturu vyvinul tým výzkumníků společnosti Perník s.r.o., Mikrobiologického ústavu AV ČR, Výzkumného ústavu potravinářského Praha a firmy RADANAL s.r.o. Technologická agentura České republiky (TA ČR) podpořila tento projekt v rámci Programu EPSILON.   Bezlepková bageta je výsledkem čtyřletého výzkumného […]
Spasticita je stav zvýšeného napětí ve svalech, které vede k bolestem a křečím. Je jedním z projevů závažných onemocnění, jako jsou roztroušená skleróza, cévní mozková příhoda, nebo stavy po úrazech mozku a míchy. Základním lékem, který svalovou ztuhlost zmírňuje, je baklofen.   Podává se buď ve formě tablet, kde je jeho účinnost nižší, nebo v roztoku přímo […]
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.   […]
reklama
Historie
Bylo povinností královského lékaře kárat vládce?
Muž v taláru pospíchá ulicemi města. Lidé, které potkává, jej uctivě zdraví. Jako by je ani nevnímal, má práce nad hlavu. Teď ho čeká medicínská přednáška na lékařské fakultě, pak bude studenty seznamovat s taji astronomie a u dvora má naplánovanou audienci…   Vystudovat medicínu nebylo již ve středověku jen tak. Zájemce musel nejprve strávit […]
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 […]
Zajímavosti
Může nám půst prodloužit život?
Půst či hladovku lidé drží z různých důvodů. Někteří chtějí zhubnout, jiní proti něčemu protestují, případně jen dodržují kulturní či náboženské tradice. Co ale nejíst proto, abychom byli zdraví a žili déle? Funguje to, nebo je to nesmysl?   Myši v laboratoři italského profesora Valtera Longa (*1967) v Miláně se dožijí výrazně vyššího věku než […]
Mapinguari: Je nestvůra s tlamou na břiše jen mýtus?
Fascinující amazonská džungle nemusí skrývat jen dosud neznámé rostliny a „běžná“ zvířata. Možná se v ní potlouká tvor, se kterým byste se rozhodně setkat nechtěli. Podle některých popisů připomíná Bigfoota a i když jde podle všeho o legendu, reálný předobraz toto monstrum zřejmě opravdu má!   Pohybuje se prý pomalu a nenápadně a většinou zůstává […]
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 […]
Záhady a napětí
Pátrání po biblických záhadách pokračuje: Zničil město Sodoma asteroid?
Slavný biblický příběh o zničení hříšných měst Sodoma a Gomora zná téměř každý. Až do současnosti si ale odborníci lámali hlavu nad tím, jestli si autor této části Bible událost vymyslel, nebo vycházel z něčeho, co se skutečně událo. Podle nejnovějších archeologických objevů se ale zdá, že se celá zkáza stala přesně tak, jak tvrdí Bible! […]
Do hlubin jeskyně Výpustek: Ukrývá největší krasové jezero u nás?
Před badatelem Josefem Urbánkem leží právě dokončená mapa. Zakreslená je na ní také obří vodní plocha. Urbánek totiž ve 20. a 30. letech minulého století postupně prozkoumal záhadnou jeskyni Výpustek. Údajně v ní objevil také přírodní unikát. Po něm se ale úplně slehla zem. Existuje vůbec a může nás k němu mapa přivést?      Rozlehlými prostorami […]
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 […]
Nenechte si ujít další zajímavé články
Vytvořte si svou rustikální nádobu
panidomu.cz
Vytvořte si svou rustikální nádobu
Zahradní koryta a kamenné nádoby jsou dnes velmi módní. Ale trh je prakticky vyčerpaný a nedají se téměř sehnat. Udělejte si jejich imitaci, která je téměř k nerozeznání od originálu. Ozdobte se zahradu vlastnoručně vyrobenými nádobami z umělého kamene. Můžete si ho udělat sami. Z hmoty, které se říká hypertufa. A co víc, můžete si vymyslet, jaký bude
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
Každá někdy „potřebujeme“
nejsemsama.cz
Každá někdy „potřebujeme“
Mluvit o potížích souvisejících s toaletou není vždy snadné. Jako by neměla močový měchýř každá žena. Jeho správná funkce může odrážet vaše celkové zdraví. Jak stárneme, mění se i močový měchýř. Elastická tkáň močového měchýře se stává méně pružnou, a měchýř najednou nedokáže pojmout tolik moči jako dříve. Musíte tedy chodit častěji na záchod. Navíc ochabuje stěna močového měchýře a svaly pánevního
Low Key: Nová kolekce kabelek Louis Vuitton
iluxus.cz
Low Key: Nová kolekce kabelek Louis Vuitton
Louis Vuitton uvádí novou kolekci kabelek Low Key, která zaujme elegantním a sofistikovaným designem. V úvodu se představují dva modely, které vynikají minimalistickým přístupem a nadčasovým stylem Lo
Tanzanit: Nejkrásnější modrý kámen
epochaplus.cz
Tanzanit: Nejkrásnější modrý kámen
Většina drahých kamenů má za sebou stovky či tisíce let, po které je lidé obdivují. Může být proto překvapením, že od objevu jednoho z nejvzácnějších drahokamů uplynulo teprve 57 let. Na světě přitom existuje jen jediný jeho zdroj a očekává se, že bude vyčerpán během následujících 20 až 30 let. Jak název tohoto kamene napovídá,
Prstýnek za miminko je pro Kaňokovou také zásnubní?
nasehvezdy.cz
Prstýnek za miminko je pro Kaňokovou také zásnubní?
Dokonalé štěstí prožívá herečka Beáta Kaňoková (35) ze seriálu Zlatá labuť, která má ve svém partnerovi, kameramanovi Tomášovi Kotasovi (35), velkou oporu. Anonymní zdroj z jejich blízkého okolí nám
Kníže Konrád II. Ota: Posmrtně ho uvařili?
historyplus.cz
Kníže Konrád II. Ota: Posmrtně ho uvařili?
Zadumaně si prohlíží fresky na stěnách rotundy sv. Kateřiny. Připomínají mu slavnou minulost jeho rodu. I Konrád II. Ota by se rád do historie dynastie Přemyslovců zapsal výrazným písmem. Ctižádost mu k tomu nechybí… Ambiciózní povahu nejspíš zdědil po svém otci. Konrád II. Ota (1136/1141–1191) totiž přichází na svět jako dědic vládce znojemského údělu Konráda
Čína vysílá SOS: Její města se propadají!
21stoleti.cz
Čína vysílá SOS: Její města se propadají!
Nejhorší noční můry vědců se pomalu naplňují. Téměř polovina čínských měst se propadá, a to zejména kvůli čerpání vody a zvyšující se hmotnosti rychle se rozrůstajících městských oblastí. Jen nejlidna
Argentinské případy UFO: Proč se vrací na stejná místa?
enigmaplus.cz
Argentinské případy UFO: Proč se vrací na stejná místa?
Záhada jednoho z nejzvučnějších případů UFO v zemi, pokřtěného tiskem jako argentinský případ Roswell, dodnes přetrvává v paměti argentinských ufologů i ufologů z různých částí světa. Byl tak pojmenov
Kostel sv. Mořice a jeho unikátní varhany
epochanacestach.cz
Kostel sv. Mořice a jeho unikátní varhany
Přejdeme-li od katedrále ulicí 1. máje a přes Náměstí republiky, po necelém kilometru se před námi otevře pohled na další významnou olomouckou církevní památku – kostel svatého Mořice. Ten je svou kapacitou 4000 věřících největší gotickou svatyní na Moravě a první písemná zmínka o něm pochází už z roku 1257, i když v 15. století bylo třeba
Salát z červeného zelí a pomeranče
tisicereceptu.cz
Salát z červeného zelí a pomeranče
Tenhle salát potěší nejen tělo, ale díky své krásné barvě i oči. Potřebujete 1 menší červené zelí 2 červené cibule 1 jablko 250 g vařené červené řepy 50 g vlašských ořechů 1 pomeranč 3 lží
Nejpodivnější žákyně, kterou jsem učila
skutecnepribehy.cz
Nejpodivnější žákyně, kterou jsem učila
Chodila do sedmé třídy, byla velký samotář, podivín a věděla všechno dopředu – i své známky i to, že se stane neštěstí. Nikdy se nemýlila. Ve třídě bylo ticho jako v hrobě. Právě se ke svému cíli blížila hodina matematiky a žáci 7 C. psali náročný test. Následující hodinu jsem měla volno, a tak jsem se v kabinetě chtěla pustit do kontroly