Bioluminescencja i fluorescencja to zjawiska naukowe związane z emisją światła,

Bioluminescencja to produkcja i emisja światła przez żywy organizm. Jest to rodzaj chemiluminescencji. Bioluminescencja występuje u morskich kręgowców i bezkręgowców, jak również w niektórych grzybach, mikroorganizmy, w tym niektóre bakterie bioluminescencyjne, i lądowe stawonogi, takie jak świetliki.

Fluorescencja, z drugiej strony, to emisja światła przez substancję, która pochłonęła światło lub inne promieniowanie elektromagnetyczne. Jest to forma luminescencji. W większości przypadków, emitowane światło ma dłuższą długość fali, a zatem mniej energii niż promieniowanie pochłaniane.

Bioluminescencja a fluorescencja

Bioluminescencja

Bioluminescencja jest spowodowana reakcjami chemicznymi zachodzącymi w żywych organizmach.

Bioluminescencja to proces chemiczny, w którym enzym rozkłada substrat, a jednym z produktów tej reakcji jest światło.

świecący grzyb

Podstawowa reakcja chemiczna w bioluminescencji obejmuje cząsteczkę emitującą światło i enzym, zwykle nazywane lucyferyną i lucyferazą, odpowiednio.

Enzym lucyferaza katalizuje utlenianie lucyferyny. U niektórych gatunków, lucyferaza wymaga innych kofaktorów, takie jak jony wapnia lub magnezu, a czasami adenozynotrójfosforan przenoszący energię (ATP) cząsteczka.

W przypadku lucyferyn występuje niewielka zmienność ewolucyjna: jeden, w szczególności, koelenterazyna, znajduje się w 11 różne grupy filogenetyczne zwierząt, chociaż niektóre zwierzęta otrzymują to poprzez dietę. W przeciwieństwie, lucyferazy różnią się znacznie między różnymi gatunkami, dostarczenie dowodów, że bioluminescencja wystąpiła więcej niż 40 czasy w historii ewolucji.

Lucyferyna to związek, który faktycznie wytwarza światło. W reakcji chemicznej, lucyferyna nazywana jest substratem. Kolor bioluminescencyjny (żółty w świetlikach, zielonkawy w lampionach) jest wynikiem ułożenia cząsteczek lucyferyny.

Niektóre organizmy bioluminescencyjne produkują (syntetyzować) sami lucyferyna. Dinoflagellates, na przykład, bioluminescencja w kolorze niebiesko-zielonym. Bioluminescencyjne bruzdnice to rodzaj planktonu, maleńkie organizmy morskie, które czasami sprawiają, że powierzchnia oceanu świeci nocą.

Niektóre organizmy bioluminescencyjne nie syntetyzują lucyferyny. Zamiast, wchłaniają go przez inne organizmy, albo jako jedzenie, albo jako część symbiotycznego związku.

Na przykład, niektóre gatunki rybek strzebli pozyskują lucyferynę przez “krewetki nasienne” oni konsumują. Wiele zwierząt morskich, takich jak kalmary, zawierają bakterie bioluminescencyjne w swoich jasnych organach. Bakterie i kalmary są w symbiotycznej relacji.

Lucyferaza to enzym. Enzym to substancja chemiczna (zwany katalizatorem) który oddziałuje z podłożem i wpływa na szybkość reakcji chemicznej.

Kiedy lucyferaza wchodzi w interakcję z utlenionym (z dodatkiem tlenu) lucyferyna, powstaje produkt uboczny zwany oksylucyferyną. Co ważniejsze, reakcja chemiczna wytwarza światło.

Bioluminescencyjne bruzdnice wytwarzają światło w reakcji lucyferyna-lucyferaza. Lucyferaza znajdująca się w bruzdnicach jest powiązana z zielonym chemicznym chlorofilem obecnym w roślinach.

Bioluminescencyjne ekosystemy bruzdnic są rzadkie, powstają głównie w lagunach z ciepłą wodą z wąskim dostępem do otwartego morza. Bioluminescencyjne bruzdnice gromadzą się w tych lagunach lub zatokach, a wąski otwór uniemożliwia im ucieczkę.

Większość reakcji bioluminescencyjnych obejmuje lucyferynę i lucyferazę. Jednakże, niektóre reakcje zachodzą bez enzymu (lucyferaza). Reakcje te obejmują substancję chemiczną zwaną fotoproteiną. Fotoproteiny łączą się z lucyferyną i tlenem, ale potrzebują innego agenta, często pierwiastek jon wapnia, produkować światło.

Wykorzystanie bioluminescencji przez zwierzęta obejmuje maskowanie antyluminescencji, naśladowanie innych zwierząt, np. przyciągnąć zdobycz, i sygnalizowanie innym osobnikom tego samego gatunku, np. przyciągnąć kumpli.

W laboratorium, Systemy oparte na lucyferazie są wykorzystywane w inżynierii genetycznej i badaniach biomedycznych. Naukowcy badają również zastosowanie systemów bioluminescencyjnych do oświetlenia ulicznego i dekoracyjnego, i powstała bioluminescencyjna roślina.

Biolodzy i inżynierowie badają chemikalia i warunki związane z bioluminescencją, aby zobaczyć, jak ludzie mogą wykorzystać ten proces, aby uczynić życie łatwiejszym i bezpieczniejszym.

Zielone białko fluorescencyjne (GFP), na przykład, jest cenny “gen reporterowy. Geny reporterowe to substancje chemiczne (geny) że biolodzy przyczepiają się do innych genów, które badają.

Geny reporterowe GFP są łatwo identyfikowane i mierzone, zwykle przez ich fluorescencję. Pozwala to naukowcom monitorować i kontrolować aktywność badanego genu — jego ekspresja w komórce lub jego interakcja z innymi chemikaliami.

Inne zastosowania są bardziej eksperymentalne. Na przykład, drzewa bioluminescencyjne mogą pomóc głównym ulicom i autostradom. Zmniejszyłoby to zapotrzebowanie na energię elektryczną.

Rośliny bioluminescencyjne i inne rośliny mogą świecić, gdy potrzebują wody lub innych składników odżywczych, lub gdy są gotowe do żniwa. Zmniejszyłoby to koszty dla rolników i agrobiznesu.

Fluorescencja

lampy LED

Fluorescencja to proces fizyczny, w którym światło pobudza elektrony w fluoroforze do wyższego stanu energetycznego, i kiedy elektron wraca do stanu podstawowego, emituje foton.

Fluorescencja należy do wszechobecnej rodziny procesów luminescencyjnych, w których podatne cząsteczki emitują światło ze stanów wzbudzonych elektronami, wytworzonych przez (np., pochłanianie światła), mechaniczny (tarcie), lub mechanizm chemiczny.

Generowanie luminescencji przez wzbudzenie cząsteczki przez fotony światła ultrafioletowego lub widzialnego to zjawisko zwane fotoluminescencją, który formalnie dzieli się na dwie kategorie, fluorescencja i fosforescencja, w zależności od konfiguracji elektronowej stanu wzbudzonego i drogi emisji.

Fluorescencja to właściwość niektórych atomów i cząsteczek do pochłaniania światła o określonej długości fali, a następnie emitowania światła o większej długości fali po krótkim czasie, zwany czasem życia fluorescencji.

Proces fosforescencji przebiega podobnie do fluorescencji, ale ze znacznie dłuższą żywotnością stanu wzbudzonego.

Fluorescencja zwykle występuje, gdy zaabsorbowane promieniowanie znajduje się w obszarze widma ultrafioletowego, a zatem jest niewidoczne dla ludzkiego oka, podczas gdy emitowane światło znajduje się w widocznym obszarze, co nadaje materiałowi fluorescencyjnemu wyraźny kolor, który można zobaczyć tylko po wystawieniu na światło ultrafioletowe.

Materiały fluorescencyjne przestają świecić niemal natychmiast po ustaniu źródła promieniowania, w przeciwieństwie do materiałów fosforyzujących, które nadal emitują światło przez jakiś czas.

Fluorescencja występuje również często w przyrodzie w niektórych minerałach oraz w wielu formach biologicznych we wszystkich królestwach życia. Czasami nazywa się to biofluorescencją, aby pokazać, że fluorofor pochodzi z żywego organizmu. Jednakże, w wielu przypadkach, substancja może być fluorescencyjna, nawet jeśli organizm jest martwy.

Fluorescencja ma wiele przydatnych zastosowań, w tym mineralogii, gemmologia, Medycyna, czujniki chemiczne (spektroskopia fluorescencyjna), znakowanie fluorescencyjne, barwniki, detektory biologiczne, wykrywanie promieni kosmicznych, próżniowe wyświetlacze fluorescencyjne, i lampy elektronopromieniowe.

Najczęstszym codziennym zastosowaniem są energooszczędne świetlówki i lampy LED, gdzie powłoki fluorescencyjne są używane do konwersji krótkofalowego światła ultrafioletowego lub niebieskiego na długofalowe światło żółte, naśladując tym samym ciepłe światło żarówek energooszczędnych.

Wykres porównania