Bioluminiscence u mořských bezobralých

Kateřina Stárková

Bachelor's thesis

Bioluminescence in marine invertebates

Anotácia:

Bioluminiscence je chemická reakce probíhající v živých organismech, na jejímž konci dochází k uvolnění fotonu a k produkci viditelného světla. Schopnost produkovat světlo je podmíněna přítomností kyslíku, existencí substrátu a luciferázy, nebo enzymu a luciferázy. Základním substrátem bioluminiscenční reakce je luciferin, který se vyskytuje přímo v buňkách, nebo mezibuněčných prostorách. Luciferáza je enzym, který za účasti ATP katalyzuje oxidační reakci specifického substrátu. Oxidační reakcí se molekula dostává do excitovaného stavu a při návratu do stavu s nižší energií se uvolňuje energie ve formě viditelného světla. Luciferin a luciferáza jsou někdy dohromady navázány a tvoří fotoprotein jehož aktivita je spuštěna ve chvíli, kdy je do systému dodán určitý iont -- nejčastěji vápník, nebo hořčík. Fotoproteiny jsou druhově specifické a patří mezi ně například ekvorin, mitrokomin, obelin, a klytin. Některých bioluminiscenčních reakcí se také účastní proteiny sloužící jako sekundární emitory. Tyto proteiny absorbují energii z bioluminiscenční reakce a následně ji emitují v podobě světla o větší vlnové délce, které případně lépe proniká vodním prostředím. Příkladem je zelený fluorescenční protein (GFP -- green fluorescent protein). Schopnost bioluminiscence se vyvinula u více než třiceti rodů mořských bezobratlých živočichů, nezávisle na sobě, v důsledku jejich přesidlování do hlubších vod. V hlubokých vodách ztratil luciferin původní roli buněčného antioxidantu a zároveň byl vyvíjen selekční tlak na luciferázy, umožňující nějakou formu mimiker. Živočichy je schopnost bioluminiscence využívána především k vlastní obraně před predátory formou svého zneviditelnění pomocí konterluminace, nebo aktivní obranou - vypouštěním světelného mračna, které útočníka oslepí, nebo upoutá pozornost jiných, větších, predátorů. V druhé řadě je využívána samečky k upoutání partnerky pomocí složitých signálů a také se uplatňuje při vnitrodruhové komunikaci, nebo k získávání potravy.

Abstract:

Bioluminescence is a chemical reaction occurring in living organisms, which leads to the release of a photon and leads to the production of visible light. The ability to produce light is conditioned by the presence of oxygen, existence of the substrate and luciferase, or an enzyme and luciferase. Basic substrate of bioluminescent reaction is luciferine which occurs intracellularly or extracellular. Luciferase is an enzyme that catalyzes substrate oxidation reaction with the participation of ATP. Oxidation reaction gets molecule into the excited state and when returning to a lower energy state releases energy in the form of visible light. When luciferin and luciferase are bonded together, creates photoprotein. To activate photoprotein is necessary presence of some ionts -- most often calcium ionts. Photoproteins are species-specific and for example include aequorin, mitrokomin, obelin and klytin. In some bioluminescent reactions are present proteins as a secondary emitters. These proteins absorb energy from the bioluminescent reaction and convert into the light with longer wavelenght. An example is a green fluorescent protein (GFP). Bioluminescence ability was developed independently more then thirty times in many species of marine invertebrates, due to their shift to deep waters. In deep waters luciferin losted his original role as a cellular antioxidant and also has been developed selection pressure for luciferase, allowing some form of mimicry. Possibility to be bioluminescent is used primarily to defend themselves aganist predators through its invisibility using counterillumination, or in active defense -- light cloud release to blinde the attacker and possibly attract the attention of other, larger predators. Secondly is bioluminescence used by males to attract sexual partner using difficult pattern of light emission, and also applies in intraspecies communication, or to obtain food.

Kľúčové slová

mořské prostředí, komunikace, maskování, bioluminiscence, emise světla, světelné orgány, luciferin, symbióza, fotoprotein

Keywords

bioluminescence, marine enviroment, light emission, luciferin, symbiosis, photoprotein, light organs, communication, camouflage

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 4. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Ing. Miloslav Petrtýl, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / odbor:
Animal Science / Companion Animals