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
Krize mezi Benešovou a Matonohou snad nekončí?
nasehvezdy.cz
Krize mezi Benešovou a Matonohou snad nekončí?
Už dlouho se povídá, že manželství herečky Lucie Benešové (49) a herce Tomáše Matonohy (53) balancuje na hraně rozchodu. Herečka si nedávno vyrazila na dovolenou do luxusních lázní, kdo si ale mysle
V Indii byly objeveny pozůstatky hada, který mohl být nejdelším na světě
21stoleti.cz
V Indii byly objeveny pozůstatky hada, který mohl být nejdelším na světě
Za hadího rekordmana byl dosud považován Titanoboa cerrejonensis, jehož pozůstatky byly objeveny v roce 2002 v severovýchodní Kolumbii. Žil zhruba před 60 miliony let a dle odhadů mohl měřit kolem 13
Jak se žilo kdysi – Česká republika
nejsemsama.cz
Jak se žilo kdysi – Česká republika
Toužíte se projít po živém muzeu, kde na vás dýchne duch dávné doby? Vyrazte do skanzenu! V Čechách i na Moravě jich najdete několik a mnohé z nich jsou unikátní. Obvykle bývá v místě připraven doprovodný program, který dokreslí atmosféru místa a přinese vám neobyčejné zážitky. Muzeum lidových staveb Kouřim Stavitelské památky z území středních, východních a severních Čech najdete v Kouřimi
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
Křehký koláč s mřížkou
panidomu.cz
Křehký koláč s mřížkou
Tento koláč vypadá dokonale, ale i tak chutná. Do tvarohu můžete zamíchat dvě lžíce máku nebo do něj vmíchat ovoce. Zdobit můžete také čerstvým ovocem, třeba jahodami. Ingredience na 1 formu Na těsto 300 g hladké mouky 150 g másla 1 vejce 1 žloutek 1 lžička nastrouhané citronové kůry 100 g moučkového cukru 1 lžička prášku do pečiva
Zámek Bečov nad Teplou a Relikviář svatého Maura: Dlouhá cesta k původní kráse
epochanacestach.cz
Zámek Bečov nad Teplou a Relikviář svatého Maura: Dlouhá cesta k původní kráse
Hned po korunovačních klenotech je relikviář svatého Maura považován za nejcennější movitou památku v České republice. A to se přitom zdálo, že tenhle románský skvost už je pro další generace nenávratně ztracen. Všechno začalo na počátku 13. století ve Francii. Biskup Gérard de Rumigny, působící v severofrancouzském městě Cambrai, byl neúnavný v hledání svatých relikvií. Nashromáždil jich hned
Udělali Taxisové z císaře dlužníka?
historyplus.cz
Udělali Taxisové z císaře dlužníka?
Císař Matyáš je rudý zlostí. Bohatství státní kasy povážlivě klesá a jemu je jasné, kdo v tom má prsty. „Ti proklatí Taxisové,“ praští rukou do stolu. Právě oni se totiž starají o provoz poštovních linek, výdaje na jejich údržbu ale neplatí. Do kapsy jim plynou jen tučné zisky! Počátky výměny informací sahají hluboko do historie. Stálé
Kincugi: japonské umění slepovaných talířů v restauraci The Artisan
iluxus.cz
Kincugi: japonské umění slepovaných talířů v restauraci The Artisan
Moderní česká restaurace The Artisan spojuje gastronomický zážitek s uměleckým dotekem prostřednictvím japonské techniky Kincugi. Výborné pokrmy si teď hosté mohou vychutnat i přímo z originálních tal
Straka zlodějka mi přinesla vzácný náramek
skutecnepribehy.cz
Straka zlodějka mi přinesla vzácný náramek
Seděla jsem na terase a byla bezradná. V tom přiletěla až ke mně straka, která upustila svůj lup a zmizela… Nad mou hlavou proletěl velký pták, zakroužil nad terasou a pak přistál na stromě. Seděla jsem tam smutně a kouřila cigaretu za cigaretou. Přišla jsem o místo, byla už tři měsíce na podpoře a manžel byl v částečném
Jak zvládnout nepohodu při sedavém zaměstnání
epochaplus.cz
Jak zvládnout nepohodu při sedavém zaměstnání
Sedavé zaměstnání není rozhodně nic příjemného. Bez pořádné prevence se člověk začne dřív nebo později potýkat se zdravotními neduhy, typu křeče v nohou, bolesti zad a hlavy, bolesti ruky, pálení očí, problémy se zažíváním, nadváha a další. Mnohem lépe je naučit se těmto problémům předcházet, než je později řešit. Nejdůležitějším krokem v boji proti zdravotním problémům způsobeným
Mrtví s olověnou maskou: Co zabilo dva podivínské elektrikáře?
enigmaplus.cz
Mrtví s olověnou maskou: Co zabilo dva podivínské elektrikáře?
Na kopci Morro do Vintém v Brazílii byli nalezeni dva mrtví muži. Co je zabilo, nebylo jasné. Jejich obličeje byly zakryty olověnými maskami a u sebe měli jen papír popsaný čísly a lísteček s instrukc
Vášnivý drink
tisicereceptu.cz
Vášnivý drink
Vyjádřit lásku lze mnoha způsoby. A k těm nejstylovějším patří koktejl plný neodolatelné chuti. Připravte si drink Red Valentine s rumovou lahůdkou Diplomático a prožijte se svým milovaným protějškem