БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ


БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

видимое свечение некоторых живых организмов. Биолюминесценция - результат биохимической реакции, в которой химическая энергия возбуждает специфическую молекулу и та излучает свет.
Происхождение. Особенностью биолюминесцентных систем является то, что они не закреплялись в филогенезе (т.е. эволюционно). Большинство из них возникло у разных животных независимо, и потому они сильно различаются как с биологической, так и с химической точки зрения. Таким образом, в противоположность многим структурным белкам и ферментам (таким, как гистоны, цитохромы или мышечные белки), сходным у филогенетически далеких форм, субстраты и ферменты биолюминесцентных систем у разных животных, способных к светоизлучению, совершенно различны. Известно по крайней мере 30 случаев возникновения биолюминесценции в процессе эволюции. И хотя каждая из биолюминесцентных систем формировалась самостоятельно, имеются примеры сходства между ними. Некоторые из таких примеров могут объясняться общностью факторов питания, другие - латеральным переносом генов или конвергенцией (совпадением) независимо развившихся признаков.
Физика и химия. Некоторые физические и химические особенности являются общими для всех биолюминесцентных реакций. Излучаемый свет не зависит от света или другой энергии, непосредственно поглощаемой организмом. Он также не связан с термическим возбуждением при высокой температуре. Биолюминесценция - это хемилюминесцентная реакция, в которой химическая энергия превращается в световую. В ходе реакции субстрат (люциферин) окисляется под действием фермента (люциферазы). Люциферины и люциферазы у разных организмов химически различаются, однако все хемилюминесцентные реакции требуют молекулярного кислорода и протекают с образованием промежуточных комплексов - органических пероксидных соединений. При распаде этих комплексов высвобождается энергия, возбуждающая молекулы вещества, ответственного за светоизлучение. От энергии светового кванта (фотона) зависит частота испускаемого света (т.е. его цвет). Поскольку люциферины у животных разные, излучаемый свет варьирует от синего (у морских водорослей динофлагеллат) до зеленого (у медузы), желтого (у светляков) и красного (у личинки южно-американского жука Phrixothrix). Соответствующие этим цветам энергии фотонов составляют от 70 (для голубого света) до 40 (для красного) килокалорий (ккал) на 1 эйнштейн (6ґ1023 фотонов). Такая энергия, высвобождаемая одноактно, значительно превышает энергию большинства биохимических реакций, в том числе распад высокоэнергетической молекулы аденозинтрифосфата (АТФ, 7 ккал). Организмы, светоизлучение и биохимия. Люминесценция встречается у эволюционно разнородных групп организмов, в том числе у некоторых бактерий, грибов, водорослей, кишечнополостных, червей, моллюсков, насекомых и даже рыб, но не наблюдается у более высокоорганизованных животных. Проявление и регуляторные механизмы люминесценции у этих организмов разнятся, как различны по характеру и фотофоры (структуры) и фотоциты (клеточные типы), ответственные за эти процессы. Существует 30 типов биолюминесцентных систем, из них детально изучены менее десяти. Пять таких типов описаны ниже.
Бактерии. Люминесцентные бактерии обитают в морской воде и реже - на суше. Их легко вырастить в чашках с агаром. Такие бактерии бывают также симбионтами некоторых морских рыб и кальмаров, живущими в специальных световых органах. Часто они существуют как кишечные бактерии у многих морских видов, иногда как паразиты у ракообразных, как сапрофиты - на останках животных. Бактерии светятся голубым светом, испускаемым молекулой флавина. (Окисление альдегида и восстановление молекулы рибофлавинфосфата сопровождаются возбуждением флавина.) Там, где бактерии существуют как симбионты, свечение может регулироваться хозяином. См. также СИМБИОЗ.
Динофлагеллаты. Динофлагеллаты - одноклеточные водоросли, со свечением которых связаны, например, фосфоресценция океана и знаменитые фосфоресцирующие пляжи Карибского побережья. Динофлагеллаты "вспыхивают" при появлении ряби на воде, например от лодки. Свет исходит из органелл (сцинтиллонов) - специализированных структур в цитоплазме. Органеллы "вклиниваются" в кислотную вакуоль и начинают светиться при изменении pH в момент возбуждения. Присутствующий в них люциферин является тетрапирролом, сходным с хлорофиллом; при катализе люциферазой он реагирует с кислородом, испуская голубое свечение. См. также
КАТАЛИЗ;
КЛЕТКА;
ЦИТОЛОГИЯ.
Ракообразные. Люминесценция может быть и внеклеточной. Ракообразные Vargula, обитающие в водах Японии, - типичный пример свечения такого типа. Эти животные выделяют раздельно (из разных желез) люциферин и люциферазу, и в воде в результате их взаимодействия возникает люминесценция. Во время Второй мировой войны японцы использовали сухих рачков как слабые источники света на позициях. Раздавливая нескольких таких рачков в руке и смачивая их слюной, они получали свечение, достаточное для чтения карт и донесений, но незаметное для противника. Высушенные рачки применялись также для получения люциферазы и люциферина в очищенном виде.
Кишечнополостные. Многие медузы, такие, как Aequorea, светятся зелеными вспышками. В этом случае стимулятором является ион Ca++, реагирующий с люциферин-люциферазным пероксидным комплексом. Этот комплекс (фотобелок), известный как экворин, может быть выделен и очищен в бескальциевой среде. Экворин используется для анализа изменений внутриклеточной концентрации Ca++, например, при оплодотворении яйцеклетки или сокращении мышечных клеток. Люциферин у Aequorea подобен люциферину у Vargula.
Светляки. Светляки излучают в основном желтый свет. Они живут на многих континентах, и часто их свечение можно наблюдать на больших пространствах полей и лесов в Северной Америке; с ним связаны и эффектные синхронные световые вспышки, известные в Юго-Восточной Азии. Свечение запускается нервным импульсом, однако природа запускающего процесс вещества пока неизвестна; полагают, что им может быть кислород. Люциферин у светляков - бензотиазол. Светоизлучение возникает при распаде циклического пероксида, синтез которого требует АТФ, люциферина и кислорода.
Использование люминесценции животными. Функциональная роль биолюминесценции может быть разной, но в большинстве случаев она связана с такими аспектами поведения, как нападение, защита и коммуникация. Использование для коммуникации свойственно светлякам, у которых видоспецифические вспышки служат сигналами при ухаживании и спаривании. Vargula использует люминесценцию для отвлечения и отпугивания хищника. Подобным образом ведет себя и глубоководный осьминог. Частые короткие вспышки могут, видимо, отпугивать врагов, тогда как длительное и постоянное свечение - привлекать добычу. Глубоководная рыба морской черт имеет для этой последней цели сложное устройство: над его головой, как на рыболовной удочке, подвешен специальный орган, который светится постоянно, покачиваясь перед ртом. Вероятно, самая миниатюрная приманка - это небольшой фотофор, имеющийся во рту рыбы Neosopelus.
Практическое использование люминесценции. Хемилюминесцентные системы (например, светящиеся палочки) иногда используются как источники света. Биолюминесцентные системы широко применяются для аналитических целей, в основном в клинической медицине и контроле за качеством пищевых продуктов, а также в научных исследованиях (измерение в клетке концентрации Ca++ и АТФ).
См. также БАКТЕРИИ.
ЛИТЕРАТУРА
Сравнительная физиология животных, т. 3. М., 1978

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

Синонимы:

Смотреть что такое "БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ" в других словарях:

  • биолюминесценция — биолюминесценция …   Орфографический словарь-справочник

  • Биолюминесценция — обыкновенного светляка Биолюминесценция  способность живых организмов светиться, достигаемая самостоятельно или с помощью симб …   Википедия

  • БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — [от био..., лат. lumen (luminis) свет и escent суффикс, означающий слабое действие], биологическое свечение, способность организмов к свечению в результате внутренних химических реакций (метаболизм люциферина). Биологическое значение… …   Экологический словарь

  • БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от био... и люминесценция) свечение живых организмов (некоторых бактерий, грибов, беспозвоночных, рыб), обусловленное ферментативным окислением особых веществ (у значительного числа видов люциферинов). Биолюминесценция вид хемилюминесценции …   Большой Энциклопедический словарь

  • БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от био... и лат. lumen свет, escent суффикс, означающий слабое действие), видимое свечение живых организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности и обусловленное у значит, числа видов ферментативным окислением особых веществ люциферияов.… …   Биологический энциклопедический словарь

  • биолюминесценция — видимое свечение живых организмов (бактерий, грибов, беспозвоночных и др.). В основе Б. лежит ферментативное окисление особых веществ – люциферинов. Для осуществления Б. (напр., у светляков) помимо люциферина и фермента люциферазы необходимы… …   Словарь микробиологии

  • БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от био... и люминесценция), свечение живых организмов (например, некоторых бактерий, морских организмов, светляков), обусловленное окислением содержащихся в них особых веществ люциферинов. Один из видов хемилюминесценции …   Современная энциклопедия

  • БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, видимое свечение, сопровождаемое очень малым выделением тепла у некоторых живых организмов. Биологические функции явления различны. Оно служит для освещения и приманки добычи (например, у глубоководных рыб), для предостережения …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — люминесценция организмов, связанная с процессами их жизнедеятельности. Наблюдается у бактерий, грибов, простейших, насекомых и т. д. Частный случай хемилюминесценции. Возникает при окислении кислородом воздуха специфич. в в л ю ц е ф и р и н о в… …   Физическая энциклопедия

  • биолюминесценция — сущ., кол во синонимов: 1 • свечение (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Биолюминесценция — интенсивное свечение в видимой области спектра, отражающее специфическую ферментативную функцию и общую метаболическую активность организмов... Источник: Определение токсичности воздушной среды с помощью биотеста Эколюм . Методические… …   Официальная терминология

Книги

  • Биофизика, Волькенштейн М.В.. «Биофизика» М. В. Волькенштейна — энциклопедический курс, излагающий основные разделы предмета: молекулярную биофизику, биофизику клетки и биофизику сложных систем, включая проблемы… Подробнее  Купить за 2536 руб
  • Биофизика, М. В. Волькенштейн. Биофизика М. В. Волькенштейна - энциклопедический курс, излагающий основные разделы предмета: молекулярную биофизику, биофизику клетки и биофизику сложных систем, включая проблемы… Подробнее  Купить за 1958 грн (только Украина)
  • Биофизика, М. В. Волькенштейн. "Биофизика" М. В. Волькенштейна - энциклопедический курс, излагающий основные разделы предмета: молекулярную биофизику, биофизику клетки и биофизику сложных систем, включая проблемы… Подробнее  Купить за 1346 руб
Другие книги по запросу «БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.