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
Výzkumný tým vedený prof. Pavlem Jungwirthem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR zjistil, že během procesu, kdy se kapalina mění z nekovu na vodivý kov, vzniká ještě jeden, zatím nepopsaný jev. Jedná se o fázi, kdy se systém spontánně velmi rychle přepíná mezi kovem a nekovem, aniž by vydržel v jednom z těchto […]
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 […]
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
Pestrobarevné Santorini je ostrovem zázraků
epochanacestach.cz
Pestrobarevné Santorini je ostrovem zázraků
Největším pokladem a turistickým lákadlem jsou různobarevné vulkanické pláže. Na Santorini najdete Bílou oblázkovou pláž, Rudou pláž nebo Černou s jemným sopečným pískem hebkým jako samet. Nepříliš velký ostrov, který má pouhých deset tisíc obyvatel, je ve skutečnosti do moře propadlá sopka, na jejímž vrcholu se jako malé drahokamy třpytí modrobílé domečky. Její sopečný původ není nijak
Karma: Osud v našich rukou, nebo jen starověký mýtus?
enigmaplus.cz
Karma: Osud v našich rukou, nebo jen starověký mýtus?
Pojem karma slyšel snad každý, ale co přesně znamená? Je to jen mystický koncept z východních filozofií, nebo skutečný zákon příčiny a následku, který ovlivňuje naše životy? Karma je často spojována s
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
Od kartonových opic po jedovaté pavouky: Skryté zvláštnosti světových měst
epochaplus.cz
Od kartonových opic po jedovaté pavouky: Skryté zvláštnosti světových měst
V indickém Dillí se bojuje s opicemi pomocí kartonových atrap, zatímco v Singapuru můžete dostat pokutu za nespláchnutý záchod. Věděli jste, že Helsinky jsou domovem jedovatých pavouků, nebo že v Seattlu žije víc psů než dětí? Prozkoumejte s námi ty nejbizarnější a nejméně známé aspekty světových metropolí, které vás zaručeně pobaví i překvapí. Svět je
Poslední šance: Xiaomi nabízí nejlepší telefony za letošní nejnižší ceny
iluxus.cz
Poslední šance: Xiaomi nabízí nejlepší telefony za letošní nejnižší ceny
Pouze do 21. července můžete využít slevy na chytré telefony, ventilátory, hodinky, náramky a další výrobky Xiaomi. Nejlevnější špičkový telefon Redmi Note 14 stojí jen 3 599 Kč. Oficiální e-shop spol
Kávovo-banánové smoothie
tisicereceptu.cz
Kávovo-banánové smoothie
Snídaně, která vás nasytí a spolehlivě probere k životu. Potřebujete 4 lžičky mleté kávy 4 banány 4 lžíce medu 600 ml mléka 4 lžíce čerstvě nastrouhaného kokosu nebo kokosových vloček Na
Pátrání po stopách minulosti: Před stavbou okruhu je třeba trocha archeologie
21stoleti.cz
Pátrání po stopách minulosti: Před stavbou okruhu je třeba trocha archeologie
Je to hotový archeologický poklad. Odborníkům se podařilo objevit tisíce artefaktů, pocházejících z různých časových období. Z dávných sídlišť a pohřebišť. A za pár let? Po stejné zemi, která v sobě j
Holil Mussoliniho lazebník i nohy jeho milence?
historyplus.cz
Holil Mussoliniho lazebník i nohy jeho milence?
Mladý holič si právě ostří břitvu, kterou má za chvíli oholit italského fašistického vůdce, když vtom z vedlejšího pokoje zaslechne, jak duceho milenka telefonuje. Ač neúmyslně, z hovoru se dozví, že Mussolini měl dát svou první ženu i syna zabít injekcí. Co teď? Pokud někdo zjistí, co právě slyšel, kulka ho nemine. Zalehne proto do
Moqueca rybí guláš
nejsemsama.cz
Moqueca rybí guláš
Brazilská moqueca (čti: mokéka) na první pohled guláš možná nepřipomíná, navíc je v ní ryba, v překladu jde ale o přípravu dušením stejně jako guláše – a chutná prostě báječně. Tak ji vyzkoušejte. Potřebujete: ✿ 500 g filetů tresky ✿ 2 lžíce olivového oleje ✿ 1 cibuli ✿ 3 stroužky česneku ✿ 1 žlutou papriku ✿ 1 červenou papriku ✿ 1 rajče
Tajemný milenec Žilkové odhalen?
nasehvezdy.cz
Tajemný milenec Žilkové odhalen?
Jedna z největších záhad našeho showbyznysu je možná odhalena! Kdo je tolik utajovaným novým partnerem herečky Veroniky Žilkové (63)? Hvězda seriálu ZOO se snažila mlžit, jak mohla. „To je tajný,“ o
Starý strom varoval před nebezpečím
skutecnepribehy.cz
Starý strom varoval před nebezpečím
Ten dům byl jako prokletý, svým obyvatelům přinášel jen trápení. A přitom stačilo tak málo! Podívat se na stromy, které rostou v jeho okolí. Už mnoho let se zabývám prací s ener­giemi, zejména objevováním léčivých míst, která působí na lidský organismus. Vybudovala jsem si ve svém okolí celkem dobrou pověst. Lidé se na mě často obracejí s prosbou o pomoc.
Měsíček lékařský je malý zázrak
panidomu.cz
Měsíček lékařský je malý zázrak
Často ho máme někde na záhonu jen tak pro radost, protože pěstování je snadné a jeho barva potěší oči a zahradu rozzáří. Navíc kvete od jara až do podzimu. Potřebujete jen slunné místo a propustnou půdu. Naši předkové věděli, že květy měsíčku, který nazývali třeba sluníčko, krušínek, nechtík nebo deštná bylina, mají léčivé účinky. A
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