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Biolumineszenz

1890
  • Raphaël Dubois
Biolumineszierende Organismen in einer Laborumgebung für biochemische Forschung.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Biolumineszenz ist die Produktion und Emission von Licht durch einen lebenden Organismus. Es handelt sich um eine natürlich vorkommende Form der Chemilumineszenz, bei der durch eine chemische Reaktion Energie in Form von Lichtemission freigesetzt wird. An der primären Reaktion sind ein lichtemittierendes Pigment, ein Luciferin, und ein Enzym, eine Luciferase, beteiligt, das die Reaktion katalysiert, typischerweise mit Sauerstoff als Reaktionspartner.

Biolumineszenz hat sich in verschiedenen Lebensbereichen, von Bakterien und Pilzen bis hin zu Insekten und Tiefseefischen, viele Male unabhängig voneinander entwickelt. Die zugrundeliegende Chemie ist zwar vielfältig, folgt aber im Allgemeinen einem gemeinsamen Muster. Ein Enzym (Luciferase) wirkt auf ein Substrat (Luciferin) ein und erzeugt so ein angeregtes Zwischenprodukt. Bei Glühwürmchen beispielsweise katalysiert das Luciferase-Enzym die Reaktion von Glühwürmchen-Luciferin mit Adenosintriphosphat (ATP) und Magnesium zu Luciferyladenylat. Dieser Komplex reagiert dann mit molekularem Sauerstoff zu einem hochinstabilen Peroxid-Zwischenprodukt, das sich zu Oxyluciferin im angeregten Zustand zersetzt und AMP freisetzt. Das angeregte Oxyluciferin emittiert anschließend ein Photon und erzeugt so das charakteristische gelbgrüne Leuchten. Die hohe Effizienz vieler biolumineszenter Systeme (Quantenausbeuten können sich 1 annähern) führt dazu, dass fast die gesamte Energie als Licht freigesetzt wird, mit sehr wenig Wärme, weshalb die Biolumineszenz auch als „kaltes Licht“ bezeichnet wird. Diese Effizienz und die Spezifität der Enzym-Substrat-Reaktion haben Luciferase-Systeme zu unschätzbaren Werkzeugen in der Biotechnologie gemacht, insbesondere als Reportergene zur Untersuchung der Genexpression und der Proteinfunktion.

UNESCO Nomenclature: 2302
- Biochemie

Typ

Biologischer Prozess

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Beobachtung leuchtender Organismen (z. B. Glühwürmchen, leuchtendes Holz) im Laufe der Geschichte
  • Entwicklung der Enzymologie und Verständnis der Enzym-Substrat-Wechselwirkungen
  • Isolierung und Charakterisierung organischer Moleküle
  • Fortschritte in der Genetik und Molekularbiologie, die das Klonen von Genen (für Reporter-Assays) ermöglichen

Anwendungen

  • Reportergene in der Molekularbiologie (Luciferase-Assay)
  • biomedizinische Bildgebung zellulärer Prozesse und Krankheitsverläufe bei lebenden Tieren
  • Umweltüberwachung auf Toxizität (z. B. bakterielle Tests)
  • Entwicklung neuer Beleuchtungstechnologien
  • Arzneimittelforschung und -screening

Patente:

NA

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Verwandt mit: Biolumineszenz, Luciferin, Luciferase, lebender Organismus, Lichtemission, Glühwürmchen, ATP, Reportergen, Kaltlicht, Biochemie.

Historischer Kontext

1890
1955
1980
1880
1897
1970

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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