Биолюминесценция светляка

Дополнение 14-3. АТР поставляет энергию для биолюминесценции светляков [c.431]

Рис. 2. Главные компоненты, обеспечивающие биолюминесценцию светляков,

Последовательный ход реакций при биолюминесценции светляка может быть рассмотрен в следующем виде [c.345]

Интенсивность X. пропорциональна скорости хим. р-ции и выходу X. (числу квантов X. на один акт р-ции), к-рый во многих случаях низок, ио в отд. р-циях достигает 0,01— 0,3. Выход биолюминесценции у нек-рых светляков приближается к 1. [c.642]

ЖИВОТНОГО царства. Наиболее известный пример — светляк (и его личинка) — наземное насекомое, которое ночью для привлечения партнера использует вспышки или непрерывно испускаемый свет. Однако наиболее часто биолюминесценция встречается у морских животных рыб, ракообразных, моллюсков, кольчатых червей и кишечнополостных. Биолюминесценция некоторых светящихся животных, главным образом рыб и некоторых головоногих моллюсков, обусловлена их симбиозом с колониями испускающих свет бактерий. У других животных люминесценция является их собственной особенностью и не зависит от симбионтов. [c.388]

Выход биолюминесценции у нек-рых светляков приближается к 1. [c.642]

Для поддержания жизни все организмы должны обладать определенными механизмами, с помощью которых энергия, освобождающаяся в результате таких химических реакций, как окисление пищевых веществ, могла бы использоваться в реакциях и процессах, протекающих с потреблением энергии, вместо того чтобы рассеиваться в виде тепла. Энергия необходима для биосинтеза, когда новое живое вещество образуется в процессах роста и воспроизведения, для осмотической работы, связанной с поглощением и секрецией, для механической работы при движении, особенно развитом у высших животных, а также для таких специальных процессов, как биолюминесценция у светляков или возникновение разрядов в электрических органах рыб. [c.77]

Лучше других изучена биолюминесценция светляка. Сначала люциферин [лампирин (11.10)] реагирует с АТР с образованием связанного с ферментом люциферин-АМР-производного, которое затем окисляется до оксилюциферина (11.11) молекулярным кислородом в реакции, протекающей в несколько стадий. Фермент при этом претерпевает ряд значительных кон-формационных изменений, и в результате на одной из стадий происходит испускание света. [c.389]

Соед. II получают циклизацией а-пергидроксикислот RR (OOH) OOH в присут. дициклогексилкарбодиими-да. Соед. II образуются также в процессе биосинтеза в светляках, некоторых морских организмах и растениях. Их распад вызывает биолюминесценцию ( холодное свечение ). [c.72]

Разиовцдности Ф.м. а. Среди наиб, чувствительных Ф.м.а. особое место занимают библюминесцентные методы (см. Люминесцентный анализ). Чаще других используют процессы, катализируемые ферментом люциферазой светляков. Система включает люциферин (ф-ла I, люциферин светляка), к-рый в присут. АТФ подвергается катализируемому люциферазой окислению кислородом с образованием люминесцирующего в-ва. Высокий квантовый выход биолюминесценции, применение полиферментных сопряженных р-ций позволяет определять нек-рые соед. при концентрации 0,001-0,1 пМ. [c.79]

Биолюминесценция есть хемилюминесценция — химическая реакция, сопровождающаяся испускапием видимого света (у различных летающих светляков длины воли лежат в интервале 550—595 нм). В реакции участвуют фермент люцифераза (Е), -окисляемый субстрат люциферин (LHj), кислород воздуха и АТФ [c.480]

Флавины, участвующие в фотосинтезе, участвуют и в люминесцентных реакциях светляков. Биолюминесценция до некоторой степени подобна обращенному фотосинтезу. В планктонных водорослях Сопуаи1ах реализуются оба процесса — и фотосинтез, и биолюминесценция. [c.482]

Наконец, известны отдельные процессы испускания света, происходящие в живых организмах — светящихся бактериях и светляках. Это явление называют биолюминесценцией. Примером такой реакции является катализируемое люциферазой из светляков окисление люцифериладенилата (8) (см. 2.1). Поскольку образование люцифериладенилата требует участия АТФ, интенсивность свечения связана с количеством АТФ в образце. Это открывает возможность измерять количество АТФ в образце по уровню биолюминесценции с исключительно высокой чувствительностью (до 10 1 моль). [c.253]

В аналитической химии они служат основой количественного анализа соединений, которые их катализируют или, наоборот, ингибируют. Так, с помощью люминола и люцигенина определяют перекиси, большое число различных катионов и анионов, фенолы и другие продукты [23]. Биолюминесценция люциферина, выделенного из светоносных органов светляка, позволяет определить ничтожные концентрации (до 10" г/мл) аденозинтрифосфата — универсального переносчика энергии в живых организмах и растениях [24]. Реакция арилоксалатов с перекисью водорода используется как рабочий процесс в хемилюминесцентных источниках света [25]. [c.305]

Биолюминесценция, для которой требуются значительные количества энергии, свойственна многим видам грибов, морским микроорганизмам, медузам, ракообразным и светлякам (рис. 1). У светляков в последовательности реакций, обеспечивающих преобразование химической энергии в энергию света, используется сочетание энергии АТР и окислительной энергии. Уильям Мак-Элрой и его коллеги из Университета Джона Гопкинса выделили из многих тысяч светляков, собранных для этой цели по их просьбе детьми в окрестностях Балтимора, два главных биохимических компонента, участвующих в процессе свечения люциферин (рис. 2), представляющий собой карбоновую кислоту довольно сложного строения, и фермент люциферазу. Для ге- [c.431]

Люциферин — вещество, ответственное за биолюминесценцию американского светлячка Photinus pyralis, содержит фенольную группу (XL) (Уайт и сотр. [104]). Люциферин, прежде чем стать люминесцирующим, ферментативно окисляется in vivo. Другие виды светляков, по-видимому, содержат различные люциферины, но их структура еще не изучена. [c.92]

Свечение нагретых тел, обусловленное только нагреванием до высокой температуры, называется испусканием накаленных тел. Все другие типы испускания света называются люминесценцией. При люминесценции система теряет энергию и для компенсации этих потерь нужно подводить энергию извне. Как правило, разновидности люминесценции классифицируются именно по типу этого внешнего источника энергии. Так, свет газоразрядной лампы или лазера на основе арсенида галлия представляет собой электролюминесценцию, возбуждаемую электрическим током, проходящим через ионизованный газ или полупроводник. Самосветящийся циферблат часов обладает радиолюминесценцией, возникающей под действием частиц высоких энергий — продуктов распада радиоактивных примесей к фосфору. Энергия химических реакций возбуждает хемилюминесценцию, а если это происходит в живом организме, то такое испускание называют биолюминесценцией, примерами которой служит свечение светляков и так называемая фосфоресценция моря. Особую разновидность хемилюминесценцин представляет собой термолюминесценция, возникающая в том случае, когда при нагревании вещества начинаются химические реакции между реакционноспособными частицами, замороженными в твердой матрице. Триболюминесценция наблюдается при разрушении некоторых кристаллов, а сонолюминесценция — нри воздействии интенсив- ных звуковых волн на жидкость. При фотолюминесценции система получает энергию, поглощая инфракрасный, видимый или ультрафиолетовый свет. [c.11]

Своеобразным видом хемилюминесценции является свечение живых организмов, которое иногда называют биолюминесценцией. Общеизвестно интенсивное свечение некоторых органов светляков, некоторых глубоководных рыб, ноктикул (причина свечения моря)и некоторых видов грибов и бактерий (причина свечения гнилушек). Исследования показали, что во всех этих случаях имеет место типичная люминесценция, сопровождающая окисление продуктов, вырабатываемых светящимися органами. Почти во всех случаях удалось выделить органическое вещество — люциферин, окисление которого в присутствии фермента люциферазы является причиной свечения (Гарвей, 1917). Окисление люциферина в отсутствии люциферазы свечения не дает. Свечение живых организмов имеет ту интересную особенность, что спектр его содержит исключительно видимые лучи. Этот свет является для глаза идеальным в смысле экономичности, тем более что распределение энергии в спектре свечения точно отвечает распределению чувствительности глаза к разным областям спектра. К сожалению, малая интенсивность свечения не позволяет применять его для осветительных целей. [c.519]

Благодаря эквимолярному участию АТФ в образовании люминесцентного комплекса, биолюминесценция или ее аналогия in vitro могут быть использованы для практически удобного определения ничтожных количеств АТФ. Интенсивность свечения светляка незначительна — около 2 10 свечи. [c.347]

Имеющиеся данные о биохимии люминесценции светляков не позволяют предположить участие в этом процессе перекисного механизма , но у молекулы дипиримидопиразина вoз южнo образование перекисного мостика в нескольких положениях. Процессы биолюминесценции встречаются очень редко и у организмов различного вида сильно отличаются друг от друга. Поэтому, изучая люминесцирующие организмы, вряд ли удастся обнаружить какую-либо специфическую биохимическую реакцию общего характера, играющую важную роль в процессе люминесценции. Может быть, самый важный вывод, который можно сделать из изучения этого процесса, сводится к тому, что в реакциях in vivo могут образовываться возбужденные молекулы, энергия которых на 70 ккал выше энергии основного состояния. Некоторые из таких реакций мы можем обнаружить благодаря случайно возникающей флуоресценции. Если учесть сравнительно редкое возникновение флуоресценции органических молекул в водном растворе при комнатной температуре, то можно, не колеблясь, сказать, что в процессах обмена веществ должно образовываться гораздо больше таких молекул, возбужденных до высоких уровней, чем удается фактически обнаружить благодаря излучению света. [c.179]

Возбужденные молекулы могут также образоваться при химической реакции (хемилюминесценция) ([31, гл. 11). Хемилюминесценция в живых системах называется биолюминесценцией ([18], гл. 7). Хорошо известным примером является светящийся организм светляка или зеленая фосфоресценция , наблюдаемая в океане в субтропических широтах и обусловленная микроскопическим планктоном динофлагеллата 78]. Мириады этих крошечных организмов при волнении воды излучают короткие вспышки света. Различные виды медуз и ракообразных также люминесцируют. Свет возникает от возбужденных молекул, которые получаются химическим путем при окислении люциферина в присутствии энзима, называемого люцифера-зой. В последние годы было проведено интенсивное исследование механизма этой реакции и результаты работ собраны в книге Свет и жизнь [16] . [c.94]

Считается, что явление биолюминесценции — пережиток древних способов противокислородной защиты [10]. Сейчас биолюминесценция (способность живых организмов испускать свет) довольно широко распространена в природе. Она встречается не только у насекомых (всем известных светляков), но и у рыб, ракообразных, моллюсков, червей, простейших и растений. Способность светиться свойственна самым разным организмам и никак не коррелирует с их систематическим положением. Можно думать, что это очень древний признак, оставшийся теперь лишь у отдельных, не связанных между собой групп растений и животных. Он сохранился у тех организмов, для которых способность светиться оказалась полезной сама по себе, а не как средство защиты от кислорода. Биолюминесценция иногда необходима для освещения (например, глубоководным рыбам) или для привлечения полового партнера (например, у светляков). [c.156]

Испускание света в результате реакций органических молекул в растворе является интересным и к настоящему времени достаточно хорошо изученным явлением. Многие слышали о биолюминесцирующих организмах, таких, как светляки или морской черт. Такого рода организмы ответственны, в частности, за фосфоресценцию моря. Однако очень многие организмы, особенно морские, например головоногие, креветки и глубоководные рыбы, демонстрируют даже более яркие эффекты. Те из биохимических реакций, которые известны, весьма интересны, но на практике почти не используются. Современное состояние различных аспектов биолюминесценции, особенно биологических, рассмотрено в превосходном обзоре [19]. [c.488]

Еще одна проблема, возникающая при использовании хемилюминесценции и биолюминесценции в сенсорах, связана с необходимостью пополнения реагента. Коль скоро мы хотим использовать такие преимущества эмиссии света, как простота детектирования и высокая чувствительность, то в конструкции прибора необходимо предусмотреть и возможность добавления реагента. Следует понимать, что рассматриваемое явление предполагает необратимое окисление субстрата - люциферина в случае биолюминесценции и легко доступной небольшой органической молекулы в хемилюминесценции. Для многих описанных в этой главе реакций удается сделать так, чтобы их скорость зависела только от концентрации определяемого вещества. В настоящее время единственный способ достижения этого состоит во введении избытка люми-несцирующето соединения. В обычном анализе такое буферирование самим реагентом не представляет проблемы, но нужно проявить немало изобретательности, чтобы добиться того же эффекта в пределах ограниченного рабочего объема сенсора. Если, однако, допустить, что концентрация определяемого вещества не слишком отличается от нижней границы диапазона определяемых концентраций (это предположение вполне согласуется с исключительной чувствительностью метода), то нетрудно найти приемлемую конструкцию прибора. Интересным примером долговременного обеспечения природной люминесцентной системы люциферином является сам светляк. Этот организм появляется из куколки со всем запасом люциферина, который необходим на время (около одного месяца) почти непрекращающегося импульсного свечения по ночам Учитывая, что потребность фотоумножителей в фотонах существенно ниже интенсивности вспышки светляка, можно было бы оценить продолжительность работы сенсора. До такой оценки нельзя дать точный ответ на этот вопрос, однако в лучших случаях продолжительность работы сенсора не слишком отличается от срока службы ферментов, используемых в существующих биосенсорах. Хемилюминесцирующие соединения могут функционировать в виде твердых тел или паст можно предусмотреть и удерживающие их полупроницаемые мембраны в сочетании с соответствующим образом измененными соединениями. [c.501]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология