Стаття до проекту

1. БІОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ
– ВИДИМЕ СВІТІННЯ ДЕЯКИХ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ.
БІОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ - РЕЗУЛЬТАТ БІОХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ, В ЯКІЙ
ХІМІЧНА ЕНЕРГІЯ ЗБУДЖУЄ СПЕЦИФІЧНУ МОЛЕКУЛУ І ТА
ВИПРОМІНЮЄ СВІТЛО.

2. Походження
Особливістю
біолюмінесцентних систем є те,
що вони не закріплювалися в
філогенезі (тобто еволюційно).
Більшість з них виникло у різних
тварин незалежно, і тому вони
сильно розрізняються як з
біологічної, так і з хімічної точки
зору. Таким чином, на противагу
багатьом структурним білкам і
ферментам (таким, як гістони,
цитохроми або м'язові білки),
подібним у філогенетично далеких форм, субстрати і ферменти
біолюмінесцентних систем у різних
тварин, здатних до
світловипромінювання, зовсім
різні.
Відомо принаймні 30
випадків виникнення
біолюмінесценції в процесі
еволюції. І хоча кожна з
біолюмінесцентних систем
формувалася самостійно, є
приклади подібності між ними.
Деякі з таких прикладів можуть
пояснюватися спільністю чинників
харчування, інші – латеральним перенесенням генів або конвергенцією (збігом)
ознак, що незалежно розвилися.

3. Фізика і хімія
Деякі фізичні та хімічні властивості є загальними для всіх
біолюмінесцентних реакцій. Світло, що випромінюється, не залежить від світла
або іншої енергії, що безпосередньо поглинається організмом. Воно також не
пов'язано з термічним збудженням при високій температурі.
Біолюмінесценція – це хемілюмінесцентна реакція, в якій хімічна
енергія перетворюється в світлову. В ході реакції субстрат (люциферин)
окислюється під дією ферменту (люціферази). Люциферин і люціферази у
різних організмів хімічно розрізняються, однак всі хемілюмінесцентні реакції
вимагають молекулярного кисню і перебігають з утворенням проміжних
комплексів – органічних пероксидних сполук. При розпаді цих комплексів
вивільняється енергія, що збуджує молекули речовини, відповідальні за
світловипромінювання.
Від енергії світлового кванта (фотона) залежить частота світла, що
випускається (тобто його колір). Оскільки люциферин у тварин різний, світло,
що випромінюється, варіює від синього (у морських водоростей
динофлагеляти) до зеленого (у медузи), жовтого (у світляків) і червоного (у
личинки південно-американського жука Phrixothrix). Відповідні цим кольорам
енергії фотонів становлять від 70 ккал (для блакитного світла) до 40 ккал (для
червоного) на 1 Ейнштейн (6·1023 фотонів). Така енергія, що вивільнюється
одноактно, значно перевищує енергію більшості біохімічних реакцій, в тому
числі розпад високоенергетичноїмолекули аденозинтрифосфату(АТФ, 7 ккал).
Організми,
світловипромінювання
і біохімія
Люмінесценція
зустрічається у еволюційно
різнорідних груп
організмів, в тому числі у

4. деяких бактерій, грибів, водоростей, кишковопорожнинних, черв’яків,
молюсків, комах і навіть риб, але не спостерігається у більш
високоорганізованих тварин. Прояв і регуляторні механізми люмінесценції у
цих організмів різняться, як різні за характером і фотофори (структури) і
фотоцити (клітинні типи), відповідальні за ці процеси. З існуючих типів
біолюмінесцентних систем детально вивчені менш десяти.
Динофлагеляти: Це одноклітинні водорості,
зі світінням яких пов'язані, наприклад,
фосфоресценція океану і знамениті
фосфоресцируючі пляжі Карибського
узбережжя. Динофлагеляти «спалахують»
при появі мерехтіння на воді, наприклад від
човна. Світло виходить з органел
(сцинтілонів) – спеціалізованих структур у
цитоплазмі. Органели «вклинюються» в
кислотну вакуоль і починають світитися при
зміні pH в момент порушення. Присутній в
них люциферин є тетрапірролом, подібним з
хлорофілом; при каталізі люциферази він
реагує з киснем, випускаючи блакитне
світіння.
Бактерії: Люмінесцентні бактерії живуть у морській воді і рідше – на суші. Їх
легко виростити в чашках з агаром. Такі бактерії бувають також симбіонтами
деяких морських риб і кальмарів, що живуть в спеціальних світлових органах.
Часто вони існують як кишкові бактерії у багатьох морських видів, іноді як
паразити у ракоподібних, як сапрофіти – на останках тварин. Бактерії світяться
блакитним світлом, що випускаються молекулою флавіну. (Окислення
альдегіду і відновлення молекули рибофлавінфосфату супроводжуються
порушенням флавіну.) Там, де бактерії існують як симбіонти, світіння може
регулюватися господарем.

5. Ракоподібні: Люмінесценція може буті и
позаклітинною. Ракоподібні Vargula, що
мешкають у водах Японії, - типовий
приклад світіння такого типу. Ці тварини
виділяють окремо (з різних залоз)
люциферин и люціферазу, і у воді
внаслідок їх взаємодії виникає
люмінесценція. Під час Другої Світової Війни японці використовували сухих
рачків як слабкі джерела світла на позиціях. Роздавлюючи кількох таких рачків
в руці и змочуючи їх слиною, з’являлося світіння, яке було достатнім для
читання карт и донесень, але непомітне для противника. Висушені рачки
застосовувалися також для отримання люциферази і люциферину в очищеному
вигляді.
Кишковопорожнинні: Деякі
медузи, такі, як Aequorea,
світяться зеленими спалахами. В
цьому випадку стимулятором є
іон Ca2+, що реагує з
люциферин-люціферазним
пероксидним комплексом. Цей
комплекс (фотобілок), відомий як екворин, може бути виділений і очищений у
безкальцієвому середовищі. Екворин використовується для аналізу змін
внутрішньоклітинної концентрації Ca2+, наприклад, при заплідненні
яйцеклітини або скорочення м'язових клітин. Люциферин у Aequorea подібний
з люциферином у Vargula.
Використання люмінесценції тваринами
Функціональна роль біолюмінесценції може бути різною, але в більшості
випадків вона пов'язана з такими аспектами поведінки, як напад, захист і
комунікація. Vargula використовує люмінесценцію для відволікання і
відлякування хижаків. Подібним чином поводиться і глибоководний восьминіг.

6. Часті короткі спалахи можуть, мабуть, відлякувати ворогів, тоді як тривале і
постійне світіння – приманювати здобич.
Глибоководна риба
морський чорт має для цієї
останньої мети складний
пристрій: над його головою,
як на риболовецькій вудці,
підвішений спеціальний
орган, який світиться
постійно, погойдуючись
перед ротом. Ймовірно, сама мініатюрна приманка – це невеликий фотофор,
наявний в роті рибиNeosopelus.
Практичне використання люмінесценції
Хемілюмінесцентні системи (наприклад, палички, що світяться) іноді
використовуються як джерела світла. Біолюмінесцентні системи широко
застосовуються для аналітичних цілей, в основному в клінічній медицині і
контролі за якістю харчових продуктів, а також в наукових дослідженнях
(вимір в клітці концентрації Ca2+ і АТФ).