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Bioluminescenza

1890
  • Raphaël Dubois
Organismi bioluminescenti in laboratorio per la ricerca biochimica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Bioluminescence is the production and emission of light by a living organism. It is a naturally occurring form of chemiluminescenza 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.

La bioluminescenza si è evoluta in modo indipendente molte volte in vari rami della vita, da batteri e funghi a insetti e pesci di profondità. La chimica sottostante, pur essendo diversa, segue generalmente uno schema comune. Un enzima (luciferasi) agisce su un substrato (luciferina) per produrre un intermedio allo stato eccitato. Ad esempio, nelle lucciole, l'enzima luciferasi catalizza la reazione della luciferina con l'adenosina trifosfato (ATP) e il magnesio per formare il luciferil adenilato. Questo complesso reagisce poi con l'ossigeno molecolare per creare un intermedio perossido altamente instabile, che si decompone in ossiluciferina allo stato eccitato e rilascia AMP. L'ossiluciferina eccitata emette quindi un fotone, producendo il caratteristico bagliore giallo-verde. L'elevata efficienza di molti sistemi bioluminescenti (i rendimenti quantici possono avvicinarsi a 1) significa che quasi tutta l'energia viene rilasciata sotto forma di luce, con pochissimo calore, tanto da meritare il nome di ‘luce fredda’. Questa efficienza e la specificità della reazione enzima-substrato hanno reso i sistemi di luciferasi strumenti preziosi nelle biotecnologie, in particolare come geni reporter per studiare l'espressione genica e la funzione delle proteine.

UNESCO Nomenclature: 2302
- Biochimica

Tipo

Processo biologico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • osservazione di organismi luminosi (ad esempio, lucciole, legno luminoso) nel corso della storia
  • sviluppo dell'enzimologia e comprensione delle interazioni enzima-substrato
  • isolamento e caratterizzazione di molecole organiche
  • progressi nella genetica e biologia molecolare consentendo la clonazione genica (per saggi reporter)

Applicazioni

  • geni reporter in biologia molecolare (test della luciferasi)
  • imaging biomedico dei processi cellulari e della progressione delle malattie negli animali viventi
  • monitoraggio ambientale per la tossicità (ad esempio, test batterici)
  • sviluppo di nuove tecnologie di illuminazione
  • scoperta e screening di farmaci

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • piante geneticamente modificate che brillano come luce ambientale
  • alberi bioluminescenti per illuminare le strade della città
  • test diagnostici medici in cui i batteri progettati per produrre luce muoiono in presenza di un agente patogeno specifico, causando lo spegnimento della luce
  • lievito autoilluminante per l'industria della birra e della panificazione per monitorare la fermentazione
  • sensori bioluminescenti per il rilevamento di mine antiuomo reagendo alle tracce chimiche esplosive nel terreno
  • pesce domestico luminoso (esiste già, ma può essere esteso ad altri animali domestici/modelli)
  • inchiostro bioluminescente per la stampa di sicurezza e anticontraffazione
  • spray agricoli che fanno brillare i parassiti per una più facile identificazione e una rimozione mirata
  • alberi di Natale bioluminescenti
  • monitoraggio in tempo reale della qualità dell'acqua mediante organismi che modificano la loro emissione luminosa in risposta agli inquinanti
Correlato a: bioluminescenza, luciferina, luciferasi, organismo vivente, emissione di luce, lucciola, ATP, gene reporter, luce fredda, biochimica.

Contesto storico

1890
1955
1980
1880
1897
1970

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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