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
Společnost HTC VIVE úspěšně nasadila headset HTC VIVE Focus 3 na mezinárodní vesmírné stanici ISS. Jde o první headset pro duševní zdraví, který dokáže bez problémů každodenně pomáhat veliteli šestiměsíční mise Andreasi Mogensenovi z Evropské vesmírné agentury se zvládáním dlouhého odloučení od Země i blízkých. Nyní přichází další fáze testů, tentokrát zaměřená na udržení kondice a […]
Vědci nalezli v třetihorním baltském jantaru důkazy, že nejen vzhled hmyzu, ale také jeho chování je konzervováno desítky milionů let.   Přibližně před 40 miliony let se termití pár druhu Electrotermes affinis zrovna věnoval námluvám, když uvízl v lepkavé pryskyřici stromu a navždy zůstal uvězněn ve zkamenělém jantaru. Tato dosud jediná známá fosilie páru termitů poskytla […]
V mnohém připomíná Mléčnou dráhu s dostatkem materiálu pro vznik miliard hvězd. Jak se ale zdá, J0613+52 žádné hvězdy nemá. Je osamoceným chuchvalcem prachu a plynu unášeným vesmírem od počátku věků. Tak alespoň galaxie pojmenovaná J0613+52 na první pohled vypadá.   Tým vedený astrofyzičkou Karen O´Neilovou bizarní objekt vzdálený 270 milionů světelných let za pomocí […]
Sedíte, pijete kávu a držíte v ruce časopis (nebo mobil) s tímhle textem. A ani jste se nepodivili nad tím, jak je možné, že jste časopis/mobil ihned vnímali jako časopis/mobil, křeslo si nespletli se stoličkou a bezpečně rozpoznali svůj hrnek. Co na to říká mozek?   Identifikace objektů se nám zdá jako ta nejvíc samozřejmá věc pod […]
reklama
Historie
Inaugurace prvního prezidenta USA: Washington si musel půjčit na cestu
Atmosféra v New Yorku je ve čtvrtek 30. dubna 1789 mimořádně slavnostní. Už od rozbřesku se lidé shromažďují v ulicích města. Všichni v radostném napětí očekávají, co se bude dít. Prezidentskou přísahu ještě dosud nikdy neviděli…   Davy lemují newyorskou Cherry Street. Právě na této ulici na Manhattanu se v čísle 3 nachází nová rezidence […]
Diktátor rozpoutal petrželový masakr
Voják se sveřepou tváří ukáže spoutanému zajatci petržel. „Jak se to jmenuje?“ udeří na něj. Když ho jeho odpověď neuspokojí, pozvedá mačetu a nešťastníkovi se špatnou výslovností na místě setne hlavu.   Ostrov Hispaniola v karibském souostroví Velké Antily je velký přibližně jako Česká republika, ale o místo na něm se dělí dva státy. Napjaté vztahy […]
Zradil prokletý diamant Habsburky?
O luxusní šperky z aukční síně Christie´s je jako každoročně obrovský zájem. Tentokrát však doslova enormní. V katalogu se totiž vyjímá skutečný skvost – pod položkou číslo 710 je v něm zapsán „bezejmenný žlutý diamant o váze 81,56 karátu, zasazený mezi 15 malými brilianty“. Jeho vyvolávací cena činí 350 000 švýcarských franků.   Původ tohoto slavného diamantu […]
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 […]
Zajímavosti
Fidel Pagés Miravé: Muž, kterému vděčíme za epidurální anestezii
Když mladý španělský válečný lékař během první světové války vidí utrpení raněných vojáků, hledá způsob, jak jim od bolesti rychle ulevit. Najde epidurální anestezii!   Španěl Fidel Pagés Miravé (1886–1923) vystuduje medicínu v Zaragoze na severovýchodě země. Promuje v roce 1908 a nastoupí k vojenskému zdravotnickému sboru, kde je přidělen vojenské nemocnici v madridské čtvrti […]
Nazar: Oko proti zlých pohledům
Modrá, bílá, světlemodrá, tmavomodrá. Co je to za podivnou duhu? Na mysli máme nazar neboli oko zla. Prý jednoduchý návod na to, jak přežít veškerou závist a zlobu okolního světa!   V modrých očích některé kultury vidí zlo. Například Turci, ale i Řekové. Když mezi ně, typicky hnědooké, přicházejí ze severní Evropy nositelé očí blankytných, […]
Skoky z mostu: Když se voda promění v beton!
Vedle skoku dalekého či vysokého existuje i skok hluboký, který je z nich kupodivu nejnáročnější a také nejriskantnější. Skáče se z vysokých budov, antén, útesů, dokonce i z hranice vesmíru, ale všechno to začne skoky z mostů.   Jejich tradice sahá minimálně do roku 1885 a koncem 19. století jsou nebezpečnou módou, se kterou úřady […]
Zápas století: Šachy, které rozhodují o politice
S trochou nadsázky jde o nejslavnější bitvu studené války. Proti sobě se postaví dva naprosto odlišní lidé, které spojují jen láska k šachům – ruský kliďas Boris Spasskij (*1937), muž, který si místo emocí zapálí cigaretu a jeho pravý opak, americká neřízená střela a bez přehánění tak trochu exot Bobby Fischer (1943–2008).   Šachová partie […]
Záhady a napětí
Upálení Agnes Sampson: Proč si mysleli, že je skutečnou čarodějnicí?
Čarodějnické procesy jsou temným obdobím evropských dějin. Během 16.–18. století probíhaly doslova pogromy na lidi, kteří měli být údajně ve spojení s pekelnými silami. Na tento fanatismus doplatila ve Skotsku i jedna žena, která sama o sobě tvrdila, že má zvláštní schopnosti. Mohla přece jen mluvit pravdu?   V roce 1590 vyrazili vojáci skotského krále Jakuba VI. […]
Aztécké píšťaly smrti: Šlo o předměty používané při obětech?
Má pouhých pět centimetrů. Přesto podle některých lidí dokáže vytvořit ten úplně nejstrašidelnější zvuk na světě. „Rozhodně vám nažene strach,“ uvádí popularizátor vědy James Orgill. Řeč je o aztécké píšťale smrti. K čemu před dávnými staletími sloužila? Používala se při mimořádně krvavých rituálech nebo ji nosili vojáci na bitevní pole?   Archeologům se naskýtá děsivý pohled. […]
Vrch Modla: Praktikovali zde Slované lidské oběti?
V národopisné oblasti Slovácka na jihovýchodě Moravy nalezneme zalesněný vrch Modla. Jedná se o jednu z dominant vrchoviny Chřiby a o místo, kde badatelé v minulosti objevili pozůstatky osídlení z doby železné a malé keltské sídlo z 2. století př. n. l. To je dnes historiky považované za bývalé kultovní místo. Co všechno se na něm odehrávalo?   […]
Bigfoot v Kazachstánu? Tamní farmáři tvrdí, že ho spatřili!
V odlehlé oblasti východního Kazachstánu si několik obyvatel všimlo něčeho neobvyklého. Farmáři řekli televiznímu kanálu 24.kz, že yetti krade jejich dobytek. Skutečně mají co dělat s legendárním kryptidem?   Jeden z místních farmářů na východě Kazachstánu je svědkem něčeho neskutečného. V noci ho vzbudí podivné zvuky a vyženou ven z postele. Dojde až ke své […]
Nenechte si ujít další zajímavé články
Kapky deště nám přinesly štěstí
skutecnepribehy.cz
Kapky deště nám přinesly štěstí
Znali jsme se s Mirkem krátce a museli jsme se brát. Ve svatební den bylo ještě ke všemu příšerné počasí. Už jako holka jsem toužila mít letní svatbu. Před spaním jsem si představovala, jak kráčím rozkvetlou loukou v nádherných krajkových šatech ruku v ruce s urostlým ženichem, i když jsem neměla ponětí, kdo to je a kam vlastně jdeme. A mimochodem,
Rozhýbejte tělo na jaro!
panidomu.cz
Rozhýbejte tělo na jaro!
Zimní období funguje u mnohých z nás jako alibi, proč pohyb odložit na jindy. Málo světla, krátké dny, zvýšený příjem kalorií. Jenže teď přišel čas se rozhýbat. Důležité je začít zvolna, nezapomenout se rozcvičit a vybrat vhodnou aktivitu. K tomu patří ale také změna jídelníčku, zejména před a po cvičení. A samozřejmě vůle vydržet. Co
Má už Petruchové tak akorát dost?
nasehvezdy.cz
Má už Petruchové tak akorát dost?
Už dlouhé měsíce ze zákulisí televize Nova unikají pikantní informace. Říká se, že Lucii Borhyové (46) dělá čím dál větší naschvály její mladší kolegyně Veronika Petruchová (29). Nejenom že se snaží
Aby hubnutí mělo svůj efekt
nejsemsama.cz
Aby hubnutí mělo svůj efekt
Pokoušíte se zhubnout, ale nejde to a jenom se cítíte ztrápená hlady? Příčiny mohou být hlubšího rázu. Pocit hladu ovlivňuje spousta faktorů – vyvážený jídelníček, stres, kvalita spánku, užívání léků, práce na směny či fyzický výkon. Na vině ale může být i hormonální nerovnováha. Které hormony mohou bránit hubnutí? Hormonů je spousta a řídí různé procesy v
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
Grilovaný camembert
tisicereceptu.cz
Grilovaný camembert
Suroviny 4 camemberty 4 lžíce olivového oleje 1 snítka čerstvého rozmarýnu 1 snítka čerstvého tymiánu špetka soli mletý černý pepř 2 stroužky česneku Můžete si vymyslet svou vlastní marinádu
Sladký dar bohů i lidí: Medová kouzla napříč staletími
enigmaplus.cz
Sladký dar bohů i lidí: Medová kouzla napříč staletími
Tekutá esence slunečního svitu a květinové magie, med je daleko více než jen lahodné ochucení. Po staletí je uctívaný jako pokrm bohů i lidí, tento zlatavý elixír skrývá v sobě sílu, která uzdravuje t
Zdánlivě neškodná panda: Mírumilovný vegetarián s kruhy pod očima
epochaplus.cz
Zdánlivě neškodná panda: Mírumilovný vegetarián s kruhy pod očima
Za sklem se tísní desítky lidí, někteří nadšeně vytahují mobily a zběsile fotí. Na druhé straně si v klidu vysedává robustní pandí samec. S nezájmem chroupá bambus, když mu potrava dojde, stačí se převalit na bok a natáhnout pracku. Život pandy má do akčnosti hodně daleko. Když se řekne panda velká, většině populace okamžitě vytane na mysl
Svatyně v Makotřasech: Byla dějištěm krvavých obětních rituálů?
epochanacestach.cz
Svatyně v Makotřasech: Byla dějištěm krvavých obětních rituálů?
Je prý starší než anglické Stonehenge a egyptské pyramidy. Záhadná svatyně nedaleko od Prahy vzbuzuje otázky, na které se dosud nikomu nepodařilo najít odpověď. Možná šlo o nejstarší observatoř v Evropě, možná zde probíhaly brutální rituály. Tragické dopravní nehody na silnici z Prahy do Chomutova, která tajemným místem prochází, jsou zase přičítány zdejší temné historii. Prehistorická svatyně
Šéf ÚMCH Jiří Kotek: Pán polymerů
21stoleti.cz
Šéf ÚMCH Jiří Kotek: Pán polymerů
Žijeme v době plastové jako generace „plastic people“, v barevném, naleštěném a nerozbitném. Z kdysi zázračného produktu se stává veřejný nepřítel číslo jedna. Máme se ho ale bát? „Plasty nejsou zlo.
Objevte kouzlo italských vín ve stylu Apelace 21
iluxus.cz
Objevte kouzlo italských vín ve stylu Apelace 21
V samém srdci Prahy se nachází restaurace Apelace 21, o níž jsme psali zde - nicméně, je známá svým unikátním přístupem k gastronomii a vínu. Tento měsíc se rozhodla rozšířit své horizonty a nabídnout
Obléhání Bělehradu: Zahnala Turky na útěk ohňová stěna?
historyplus.cz
Obléhání Bělehradu: Zahnala Turky na útěk ohňová stěna?
Vypadá to zle. Turci dobyli dolní město a co nevidět obsadí i to horní. Pak se vrhnou na hradby chránící samotnou bělehradskou pevnost a je jen otázka času, kdy je ztečou. Tedy pokud Hunyadi něco neudělá. Sedmihradský vévoda má v rukávu tajnou zbraň, která se mu už jednou osvědčila. Zafunguje i tentokrát?   Turci se tlačí