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Chemi- und Biolumineszenz

Biolumineszenz: Die Farbe des Lichts

Viele Organismen produzieren Licht. Allerdings hat man festgestellt, dass es selbst bei Artverwandten Unterschiede in der Farbe des emittierten Lichts gibt. So emittieren Glühwürmchenarten beispielweise Licht mit unterschiedlichem Intensitätsmaximum (Imax): Während das amerikanische und russische Glühwürmchen (Photinus pyralis und Luciola cruciata) grün-gelbes Licht einer Imax von 562-570 nm emittieren, produziert das japanische Glühwürmchen Luciola lateralis grünes Licht mit einer Imax bei Wellenlänge 552 nm. Man nahm dieses Phänomen zum Anlass, die Grundlagen der Emission von farbigem Licht anhand von Luciferin-Analoga zu untersuchen. Rotes Licht entsteht wahrscheinlich durch eine Ketoanionform des Produktes, während grün-gelbes Licht entsteht, wenn das Produkt eine Enolanionform annimmt. Früher hatte man angenommen, dass die Farbe des Lichts vom chemischen Gleichgewicht zwischen der Keto- und Enolform abhängt.

Abb.1

Beim Klickkäfer Pyrophorus plagiophtalamus enthalten mehrere Organe das Enzym Luciferase. Jede dieser Luciferasen produziert Licht mit unterschiedlichen Imax. Vier dieser Luciferasen wurden kloniert und sequenziert. Damit wurde einerseits festgestellt, dass die Aminosäure-Sequenz dieser vier Enzyme zu 90-95 % homolog ist und dass experimentell lediglich zwei bis drei Aminosäuren ausgetauscht werden müssen, um Licht mit einem um 50 nm abweichenden Wellenlängenmaximum zu produzieren. In einem anderen Experiment musste lediglich eine einzige Aminosäure (His433→ Tyr) ausgetauscht werden. Beim Vergleich der vier natürlichen Luciferasen ließen sich allerdings keine Aminosäurereste identifizieren, die möglicherweise mit der Farbe des Lichts in Zusammenhang stehen. Es wird deshalb angenommen, dass kleinste Veränderungen in der Tertiärstruktur des Enzymkomplexes eine Farbänderung bewirken.

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