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Biolumineszenz

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

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Bioluminescence is the production and emission of light by a living organism. It is a naturally occurring form of Chemilumineszenz where energy is released by a chemical reaction in the form of light emission. The primary reaction involves a light-emitting pigment, a luciferin, and an enzyme, a luciferase, which catalyzes the reaction, typically with oxygen as a co-reactant.

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 ermöglicht das Klonen von Genen (für Reporter-Assays)

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

Potenzielle Innovationsideen

  • gentechnisch veränderte Pflanzen, die als Umgebungsbeleuchtung leuchten
  • Biolumineszierende Bäume zur Beleuchtung von Stadtstraßen
  • medizinische Diagnosetests, bei denen Bakterien, die zur Lichterzeugung entwickelt wurden, in Gegenwart eines bestimmten Krankheitserregers absterben, wodurch das Licht erlischt
  • selbstleuchtende Hefe für die Brau- und Backindustrie zur Überwachung der Gärung
  • Biolumineszenzsensoren zur Erkennung von Landminen durch Reaktion auf explosive chemische Spuren im Boden
  • leuchtender Haustierfisch (existiert bereits, kann aber auf andere Haustiere/Muster erweitert werden)
  • biolumineszierende Tinte für Sicherheitsdruck und Fälschungsschutz
  • Agrarsprays, die Schädlinge zum Leuchten bringen, um sie leichter identifizieren und gezielt entfernen zu können
  • biolumineszierende Weihnachtsbäume
  • Echtzeitüberwachung der Wasserqualität durch Organismen, die ihre Lichtleistung als Reaktion auf Schadstoffe ändern
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)

10. Jahr Jubiläum

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