1. Hvarfljómun í lífríkinu - Bioluminescence
Fyrirlestur í EE5
4. apríl 2006
Ragnar Björnsson

2. Bioluminescence
Chemiluminescence eða hvarfljómun er útgeislun ljósorku vegna efnahvarfs. Þetta er ólíkt flúrljómun og fosfórljómun þar sem örvun af völdum ljósbylgju á sér fyrst stað.
Bioluminescence vísar til hvarfljómunar í lífverum.
Um er að ræða í öllum tilvikum ensímhvötuð hvörf þar sem ljósorka er eitt af "myndefnunum".
Ensímin hafa fengið gælunafnið "luciferasar" og hvarfefnin nefnast gjarnan "luciferin".
Luciferasi er komið af nafninu Lucifer sem merkir ljósberi.

3. Efnahvarfið
Um er að ræða oxunarhvarf á hvarfefninu, sem við köllum luciferin við súrefni, O2 . Yfirleitt kemur einnig til viðbótar efnaorka á formi ATP.
luciferin + ATP → luciferyl adenylate + PPi
luciferyl adenylate + O2 → oxy-luciferin + AMP + ljós
Hvarfið er ensímhvatað af luciferasa og algerlega háð honum.
Góð nýting á heildarorku en einungis um 10% tapast sem varmaorka. Til samanburðar við 90 % hjá ljósaperu.
Bylgjulengd ljóssins sem myndast er merkilegt nokk aðallega háð því hvaða ensím er um að ræða því margar lífverur notast við sama hvarfefni.

4. Luciferasi úr eldflugunni, Photinus pyralis

5. Hvarfefnin
Fleiri hundruðir lífvera hvarfljóma en fjöldi luciferin (hvarfefni) afbrigða eru mjög fá. Hvarfefnið er ýmist búið til í frumum lífverunnar eða tekið upp úr umhverfinu.
Luciferin sem finnst í fiskum, kolkrabba og fleiri sjávarlífverum
Luciferin úr eldflugunni Photinus pyralis

6. Lífverurnar
Flest allar lífverur sem ljóma eru sjávarlífverur og nær allar djúpsjávarlífverur ljóma á einn eða annan hátt. Á landi eru það aðallega eldflugur og lirfur sem ljóma.
Yfirleitt er um að ræða ljómun á bilinu nm (blátt og grænt) en einnig er til rauð og innrauð ljómun hjá einstaka lífverum.
Sjávarlífverur ljóma yfirleitt í bláum eða grænum lit sem "ferðast" betur í vatni en önnur rafsegulgeislun. Merki um þróun.
Sumar lífverur ljóma með stöðugri geislun t.d. 2 ∙ 1011 photónur/sek hjá sumum marglyttum.
Aðrar púlsa. Sést hefur 0,1 s bil upp í 10 s bil hjá lífverum.

7. Hvers vegna er gott að ljóma ?
Fjórar megin tilgátur fyrir hvarfljómun í lífríkinu eru: Fara í felur Draga að aðrar lífverur Fæla aðrar lífverur Samskipti milli einstaklinga
Allar tilgátur virðast eiga sér fordæmi.

8. Hagnýting
Luciferasa-ensím hafa mikið verið notuð í sameindalíffræði og líftækni.
Gen ensímsins hefur verið klónað og auðvelt er að splæsa því inn í genamengi ýmissa lífvera. Þannig má nota það sem merkiefni í sameindalíffræðitilraunum til að kanna áhrif ýmissa þátta á umritun DNA eða myndun próteina.
Nýlega er byrjað að nota þetta mikið sem merkiefni til að kanna æxlismyndun í músum.
Tengingin við ATP gerir að hægt er að kanna hvort frumur séu lifandi eða ekki. Og til dæmis hægt að kanna hvort vatnsból séu sýkt af bakteríum.

9. Hvarfljómun notuð til að fylgjast með æxlismyndun

10. Erfðabreytt sjálflýsandi tóbaksplanta

11. Fleiri léttgeggjaðar hugmyndir
Some proposed applications of engineered bioluminescence include:
Christmas trees that don't need lights, reducing dangerous electronics
glowing trees to line highways to save government electricity bills
agricultural crops and domestic plants that luminesce when they need watering
new methods for detecting bacterial contamination of meats and other foods
bio-identifiers for escaped convicts and mental patients
detecting bacterial species in suspicious corpses
novelty pets that bioluminesce (rabbits, mice, fish etc.)