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
Necelých 100 dní do XVII. všesokolského sletu, největší sportovně-společensky-kulturní události roku na našem území, Česká obec sokolská oficiálně oznámila spuštění prodeje vstupenek na hromadné skladby. V rozmezí 200 až 700 korun na den budou k zakoupení od 1. dubna a očekává se, že se hlediště Fortuna Areny zcela zaplní.   Ulicemi Prahy už teď jezdí speciální sletová […]
Něžný David Šedobradý, chytrá Flo, rošťácký William – celých 10 let svět sledoval rodící se hvězdu Jane Goodallové a její příběhy o šimpanzích v Tanzanii. Panující představa, že tento lidoop je nezkaženou proto-verzí člověka, ovšem brzy vzala za své. Mezi dvěma komunitami vypukla brutální vyhlazovací válka.   Šimpanzí samec Godi z klanu Kahama byl spatřen naposledy […]
Stejně jako člověk šlechtil tisíce let odolnější a výnosnější odrůdy pšenice, vědci v laboratořích dnes „domestikují“ a „šlechtí“ bakterie a kvasinky pro efektivnější produkci léčiv, biopaliv nebo nových materiálů. Učebnicovým příkladem je inzulin, který nám od 80. let 20. století vyrábějí geneticky upravené bakterie a kvasinky. Vědecký tým pod vedením syntetického biologa Pavla Dvořáka z Masarykovy univerzity pracuje s bakterií Pseudomanas putida. Ta byla […]
Mezinárodnímu týmu vědců se podařilo identifikovat fosilie podivuhodného mořského tvora, které byly nalezeny v roce 2006 na japonském ostrově Honšú, v prefektuře Wakajama. Jedná se o exemplář vyhynulého vodního plaza mosasaura.   Mosasauři žili v mořích pozdní křídy před 82 až 66 miliony let, obývali velkou část Atlantského oceánu a přilehlých moří. Dnes tento rod […]
reklama
Historie
Churchill chystal útok na SSSR
Zatímco Evropa slaví konec druhé světové války, britský premiér zvažuje další ozbrojený střet. Jak se totiž záhy ukáže, úmluvy z Jalty Sovětům příliš neříkají. Zneužívají síly Rudé armády, která podle všeho nemíní vyklidit rozsáhlá dobytá území ve východní Evropě.   V takovém kontextu začíná Winston Churchill (1874–1965) uvažovat o něčem nemyslitelném – o útoku, který by začal […]
Sixtinská kaple východu: Ohromuje svou barevností?
Moldavskému knížeti Štěpánovi III. teče do bot. V soustavných válkách s Turky tahá za kratší konec. Když už neví, kudy kam, vydává se za poustevníkem Danielem se žádostí o radu. „Za každé vítězství postavím kostel,“ slibuje pak po návštěvě svatého muže.   Svému slovu Štěpán III. Veliký (1433–1504) dostojí. První takový pravoslavný kostel nechává na […]
Vznik Protektorátu Čechy a Morava: Závodil Hitler cestou do Prahy s Háchou?
Hitlerův plán na rozbití Československa vstoupil do poslední fáze. 14. března 1939 Slovensko po jeho nátlaku vyhlásí samostatnost. Téhož dne prezident Hácha odjede spolu s ministrem zahraničí Františkem Chvalkovským vlakem do Berlína, aby zjistil další Hitlerovy úmysly. Doufá, že se mu podaří pro české země zachránit část samostatnosti…   V Berlíně prožije zřejmě nejhorší noc […]
Matematický most: Obešla se jeho stavba bez šroubů?
Postavil ho Isaac Newton a jeho konstrukci navrhl v duchu svých gravitačních zákonů tak důmyslně, že ke spojům jednotlivých prvků nebylo třeba vůbec žádných šroubů a hřebíků. Když ho pak studenti ze zvědavosti rozebrali, již ho nedokázali dát znovu dohromady v původním stavu. To je jedna z mnoha pověstí, které se vážou k tzv. Matematickému […]
Zajímavosti
Baobaby: Stromy, které hubnou
Jejich jméno pravděpodobně pochází z arabštiny, ale najdeme je hlavně v Africe a na Madagaskaru, kde jsou pro tamní obyvatele léčivou dřevinou, tématem legend i předmětem uctívání. Věří například, že pokud utrhnou květ baobabu, sežere je lev. Ale pokud se napijí vody, kde byla namočena jeho semena, uchrání je to před útokem krokodýla.   Tyto […]
Pepř: Král koření s pořádně ostrými lokty
Pokud existuje koření, které nesmí chybět v kuchyni ani na stole, pak je to pepř a platí to po celém světě. V minulosti je nejen dochucovadlem, ale i symbolem bohatství, ceněným platidlem a trnem v oku církvi. A egyptský faraon má pepř dokonce i v nose!   Mleté i celistvé sušené kuličky pepře mají lidé […]
Svátek svatého Rufa: Den, kdy umírají panovníci
S křikem vyrazí vstříc sešikovaným vojákům, o pár hodin později už ale není jeden z nejúspěšnějších českých králů mezi živými. A s jeho mrtvolou se dějí věci! O ani ne 70 let později se situace opakuje, tentokrát nepřátelé propíchají jako řešeto prvního Lucemburka na našem trůnu!   Někdejšího římského konzula Rufa údajně osvítí Bůh, a tak se stane […]
Podivuhodní vodní pavouci: Cítí krabi bolest?
Rozpětí jeho nohou může dosáhnout až čtyř metrů. Rozvážně pochoduje po mořském dně. Pravděpodobně si ale klepetem osobně nepotřesete: žije v hloubce od 50 do 600 metrů! Račte se seznámit alespoň na dálku: velekrab japonský.   Velekrabovi můžeme směle závidět. Dožívá se běžně přes 100 let. A ani na zemi není – obzvlášť v porovnání s lidmi a […]
Záhady a napětí
Útok z hlubin: Potopila německou ponorku UB-85 mořská nestvůra?
Německé ponorky byly za první světové války skutečným postrachem Atlantiku. Jejich torpéda rozsévala zkázu mezi spojeneckými loděmi a bylo velmi těžké je zničit. O to větší překvapení čekalo na námořníky z britské lodi HM Coreopsis II, když se jim zcela bez boje vzdala posádka obávané ponorky UB-85. Jejich plavidlo totiž prý potopila mořská příšera!   […]
Orichalcum: Skutečně je nalezen bájný kov z Atlantidy?
Bájný zaniklý kontinent Atlantida odjakživa fascinuje fantasty, dobrodruhy i seriózní historiky. Kolem Atlantidy tak vzniká celá řada pověstí i konspiračních teorií. Traduje se, že k zániku Atlantidy dochází asi před jedenácti tisíci lety. Skutečně v dávných dobách tento kontinent existuje a jakými znalostmi a dovednostmi asi disponuje?   Dodnes nikdo nezná přesnou polohu Atlantidy, avšak […]
Kameny Ica: Dokazují, že jsme žili s dinosaury?
Na více než 15 000 kamenech s rytinami najdeme údajně potvrzení prakticky všeho, o čem dnešní záhadologové sní. Obrázky zachycují dinosaury, pokročilé lékařské zákroky nebo pokročilé technologie, nápadně připomínající ty moderní. Jsou kameny skutečné? Kdo je mohl vytvořit a co všechno by měly dokazovat?   Peruánský lékař Javier Cabrera Darquea (1924–2001) slaví 42. narozeniny. Mezi dary se […]
Jezírko na Havaji se záhadně zbarvilo dorůžova
Neobvyklý jev od 30. října 2023 trápí správu národní rezervace Kealia Pond na havajském ostrově Maui. Voda v tamním jezírku se zabarvila do jasně růžového odstínu a nikdo zatím netuší proč. Podobné jevy bývají často považovány za znamení ohlašující nějaké nepříjemné události. Jde i tentokrát o předzvěst blížící se pohromy, nebo má vše racionální vysvětlení? […]
Nenechte si ujít další zajímavé články
Ponorka Triton na palubě zážitkové discovery jachty Scenic Eclipse
iluxus.cz
Ponorka Triton na palubě zážitkové discovery jachty Scenic Eclipse
V srdci nekonečných oceánů, kde tajemství a divy čekají na své odhalení, přichází Scenic Eclipse s novinkou, která překreslí mapu luxusního průzkumu podmořského světa. Triton 660/9 AVA, nejnovější pří
Tragédie na South Forku: Smrtící kilometry ostnatého drátu
epochaplus.cz
Tragédie na South Forku: Smrtící kilometry ostnatého drátu
Skupina mužů s krumpáči a lopatami neúnavně uvolňuje zanesený odtok pensylvánské přehrady South Fork na řece Little Conemaugh. Intenzivní deště ani po několika dnech neustávají. Další početná skupinka se snaží upustit vodu z přeplněné hráze vykopáním dalšího odtoku. Dílo ale nedokončí.   „Nechte toho! Přehrada už nevydrží, musíme pryč!“ křičí jeden z pracantů. Je 31.
Jarní kúra, která vás postaví na nohy
panidomu.cz
Jarní kúra, která vás postaví na nohy
Ozdravné kúry jsou jednou z pěkných tradic, které zejména my ženy na jaře rády dodržujeme. V návodech na ně se ovšem skrývá malý háček. Časy se od dob našich prababiček opravdu změily. Proto vám tentokrát nabízíme moderní verzi této tradice. Tradiční jarní kúry řešily dvě věci – především přetížení jater těžkými jídly přes zimu. V
Láska na konci sluchátka
skutecnepribehy.cz
Láska na konci sluchátka
S novým chytrým telefonem jsem to vůbec neuměla. Dvakrát jsem vyťukala špatné číslo. Místo švadleny to zvedl nějaký muž… Před dvěma lety jsem dostala nový moderní mobil. Jako žena nepolíbená moderními technologiemi jsem z toho nebyla moc nadšená. Vůbec jsem s ním neuměla pracovat. Jednou jsem dokonce popletla při přepisování kontaktu dvě čísla. Právě to mi
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
Klíšťata v městských parcích jsou infikovaná víc než ta v přírodě
21stoleti.cz
Klíšťata v městských parcích jsou infikovaná víc než ta v přírodě
V každém krajském městě sbírali vědci klíšťata v parcích a zjišťovali, nakolik jsou pro člověka nebezpečná. Nyní vyhodnotili výsledky za loňskou sezonu a vyplynulo z nich, že klíšťata v městských parc
Prokletý les sebevrahů na Smolné: Straší v něm duše mrtvých nešťastníků?
enigmaplus.cz
Prokletý les sebevrahů na Smolné: Straší v něm duše mrtvých nešťastníků?
Přibližně 20 kilometrů východně od Olomouce stojí zdánlivě obyčejný kopec Smolná, nazývaný dříve též Smolno. Říká se, že tato část Oderských vrchů je prokletá. Může na tom být něco pravdy?  
Velikonoce ve Francii: Jehněčí Gigot d’agneau
tisicereceptu.cz
Velikonoce ve Francii: Jehněčí Gigot d’agneau
Jehněčí maso nechybí na velikonočním stole ani ve Francii. Nejčastěji jde o Gigot d‘agneau (čti žigo daňó), pečená jehněčí stehna plněná česnekem. Potřebujete 200 ml kuřecího nebo zeleninového v
Plněná vejce
nejsemsama.cz
Plněná vejce
Základním a tradičním symbolem Velikonoc jsou vajíčka. Váš sváteční stůl ozdobí a výborně chutnají třeba vejce plněná. Potřebujete: ✿ 5 vajec ✿ 50 g lučiny ✿ 1 lžíci majonézy ✿ 1 lžíce plnotučné hořčice ✿ 1 lžičku citronové šťávy ✿ sůl, bílý pepř ✿ špetku mleté sladké papriky ✿ hrst zelené petrželky nebo jiných bylinek 1. Vejce uvařte natvrdo, zchlaďte je a oloupejte.
Napadli britskou flotilu žabí muži?
historyplus.cz
Napadli britskou flotilu žabí muži?
Řekli mu, že na jeho lodi dojde za půl hodiny k výbuchu. Podrobnosti však ze zadržených Italů nedostane. Kapitán britského bitevníku Valiant je na vážkách. Nakonec vydá rozkaz evakuovat alespoň spodní paluby…   Druhá světová válka ve Středomoří zuří naplno. Italové doposud schytali od Britů několik ponižujících porážek a touží po pomstě. Zaměří se na egyptskou
DŮM A ZAHRADA
epochanacestach.cz
DŮM A ZAHRADA
Výstava Dům a zahrada, která se koná od 18. do 21. dubna 2024 na Výstavišti Diamant Expo v Lounech představí více než 300 prodejců okrasných rostlin, bylinek, keřů, zeleniny, cibulovin, zahradního nářadí, zahradní techniky, zahradního nábytku, hnojiv, postřiků, potravin, přírodních léčiv, ale i stavebního materiálů, topných systémů, tepelných čerpadel, fotovoltaiky, koupacích sudů, bazénů, saun a
Zničí lásku Žilkové a Holomáče kladný vztah k hazardu?
nasehvezdy.cz
Zničí lásku Žilkové a Holomáče kladný vztah k hazardu?
Zdá se, že herečka Veronika Žilková (62), kterou známe například ze seriálu Sedm schodů k moci, má zase hlavu plnou starostí. Když totiž sundala růžové brýle, začaly jí na partnerovi, rockerovi Jose