Primäres Leuchten

Das biolumineszente Leuchten von Lebewesen entsteht bei der Reaktion von Luciferin mit Sauerstoff und Adenosintriphosphat (ATP). Diese Reaktion wird dabei von dem Enzym Luciferase katalysiert.

Die Reaktionsgleichung der Reaktion von Luciferin mit Sauerstoff und ATP sieht wie folgt aus:

Luciferin + ATP + O2 → Oxiluciferin + AMP* + CO2 + Licht

Als erstes reagiert das Luciferin mit Mg2+-ATP  zu Luciferyl-Adenylat. Das nun entstandene Luciferyl-Adenylat reagiert mit Sauerstoff (O2) und wird so zu mehreren Zwischenprodukten oxidiert (cyclisches Peroxid, ein Dioxetanon und ein Molekül ATP). Dem Dioxetanon-Molekül wird ein Kohlenstoff-Atom entzogen, so dass eine Enol-Form des Oxyluciferin entsteht, welches sich in einem elektronisch angeregtem Zustand befindet. Während sich das Oxiluciferin in einen energetischen Grundzustand versetzt, entsteht eine Lichtemission mit einem Licht, welches eine Wellenlänge von 560-562nm hat. Das Licht hat eine grün-gelbliche Farbe. Die Farbe der Biolumineszens ist hierbei abhängig von der Wellenlänge des Lichts. Bei einer Wellenlänge von nur 552nm entsteht nur grünes Licht. Man hat herausgefunden, dass das Enzym Luciferase bei der Entstehung von Licht sehr nützlich ist. Würde das Luciferin in der Abwesenheit von Luciferase zu Oxiluciferin reagieren, wäre die Lichtemission der Reaktion gleich null.

Eine andere Art der primären Lichterzeugung nutzt die Qualle Aequorea Victoria. Sie erzeugt mit Hilfe des Photoprotein Aequorin ein blaues Licht, weshalb das Protein auch blaufloureszensierendes Protein genannt wird. Das blaue Licht wird dann erzeugt, wenn in dem Protein der Stoff Coelenterazin durch Zugabe von Ca²+ Ionen reagiert. Dabei wird Energie frei, die in Form von Licht mit einer Wellenlänge von 470nm abgegeben wird und somit blau ist. Die Qualle besitzt aber noch ein anderes Protein, das so genannte grün floureszensierende Protein (kurz: GFP). Wird dieses Protein durch blaues oder UV- Licht angeregt, so leuchtet es blau. Deshalb wird das Leuchten der Qualle auch als blau-grünes Leuchten beschrieben. Bei der Art des Leuchtens handelt es sich um ein primäres Leuchten, da die Qualle dies selbst erzeugt.

 

Quellen:
 
Spektrum Akademischer Verlag (1999):  Biolumineszenz, in: Lexikon der Biologie. http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/biolumineszenz/8709 (letzter Zugriff 05.01.2015)

Chemgaroo: Chemi- und Biolumineszenz. http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/8/bc/vlu/biokatalyse_enzyme/chemilumineszenz.vlu.html (letzter Zugriff 08.01.2015)

Wengel, A. Planet Wissen: Biolumineszenz (Stand 14.08.2014). https://www.planet-wissen.de/natur_technik/licht/phaenomen_licht/biolumineszenz.jsp (letzter Zugriff (05.01.2015)

Wikipedia: Biolumineszenz (Stand: 6.11.2014). http://de.wikipedia.org/wiki/Biolumineszenz (letzter Zugriff 18.01.2015)

Wikipedia: Aequoin (Stand 27.10.2014). http://de.wikipedia.org/wiki/Aequorin (letzter Zugriff 08.01.2015)

Wikipedia: Grün fluoreszierendes Protein (Stand 27.10.2014). http://de.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%BCn_fluoreszierendes_Protein (letzter Zugriff 08.01.2015)