Луцифераза е общ термин за клас ензими оксигенази, участващи в биолуминесценцията и различни от фотопротеин. Името произлиза от Луцифер, в основата на която означава „носещ светлина“. Тишичен пример е луциферазата (ЕС 1.13.12.7) от светулка Photinus pyralis.[1] „Луцифераза“ като лабораторен реагент често се отнася до Р. pyralis луцифераза, въпреки че рекомбинантни луциферази от няколко други видове светулки са също се ползват в лабораторната практика.

Луцифераза при светулка
Firefly Luciferase Crystal Structure.rsh.png
Структура на луцифераза от вида Photinus pyralis.
Обща информация
Символ Firefly luciferase
PDB 1LCI , More structures
UniProt P08659
Други
Класификация на ензими 1.13.12.7
Бактериална луцифераза, монооксигеназно семейство
Идентификатори
Символ Bac_luciferase
Pfam PF00296
InterPro IPR016048
PROSITE PDOC00397
SCOP 1nfp
SUPERFAMILY 1nfp
Луцифераза в Общомедия
Луцифераза от динофлагелати, каталитичен домен
PDB 1vpr EBI.jpg
Кристална структура на каталитичен домен на луцифераза от динофлагелата Lingulodinium polyedrum
Идентификатори
Символ Luciferase_cat
Pfam PF10285
InterPro IPR018804
Луцифераза в Общомедия
Луцифераза от динофлагелати/N-терминален домен
Идентификатори
Символ Luciferase_N
Pfam PF05295
InterPro IPR007959
Луцифераза в Общомедия
Луцифераза от динофлагелати "helical bundle" демен
PDB 1vpr EBI.jpg
Кристална структура на домен на луцифераза от динофлагелата Lingulodinium polyedrum
Идентификатори
Символ Luciferase_3H
Pfam PF10284
InterPro IPR018475
Луцифераза в Общомедия

Механизъм на действиеРедактиране

Химическата реакция, катализирана от луцифераза се провежда в два етапа:

луциферин + АТФ → луцуферил аденилат + PPi

луцуферил аденилат + O2 → оксилуциферин + АМФ + светлина

Светлина се излъчва, защото при реакцията се получва оксилуциферин в електронно възбудено състояние. Отделя се светлинен фотон връщането на оксилуциферин към основното състояние.

Луциферил аденилат може допълнително да участват в странична реакция с кислород, при което се образува водороден пероксид и дехидролуциферил-AMP. Около 20% от междинния аденилат ауциферил се окислява в този път.[2]

Реакцията се катализира от бактериална луцифераза е окислителен процес:

FMNH2 + O2 + RCHO → FMN + RCOOH + H2O + светлина

В тази реакцията, редуцираният флавин мононуклеотид (ФМН, FMN) окислява алифатен алдехид с дълга верига до алифатна карбоксилна киселина. Реакцията дава възбуден междинен хидроксифлавин, който се дехидратира до флавин мононуклеотид емититайки синьо-зелена светлина.[3]

Почти цялата енергия в реакцията се превръща в светлина. Реакцията е 80%[4] до 90%[5] ефективна. Като сравнение, електрическата крушка конвертира само около 10% от своята енергия в светлина.

Луциферазата от светулка генерира светлина от луциферин в многоетапен процес. Първо, D-луциферин се редуцира от MgATP до луциферил аденилат и пирофосфат. След активиране на АТР, луциферил аденилатът се окислява с молекулен кислород (O2), като се образува диоксетнонов пръстен. Реакция на декарбоксилиране образува възбудено състояние на оксилуциферин, които таумеризира между кето-енолна формата. Накрая се излъчва светлина като оксилуциферин се връща към основното състояние.[6]

ИзточнициРедактиране

  1. Gould SJ, Subramani S. Firefly luciferase as a tool in molecular and cell biology. // Anal. Biochem. 175 (1). November 1988. DOI:10.1016/0003-2697(88)90353-3. с. 5–13.
  2. Fraga H, Fernandes D, Novotny J, Fontes R, Esteves da Silva JC. Firefly luciferase produces hydrogen peroxide as a coproduct in dehydroluciferyl adenylate formation. // Chembiochem 7 (6). Юни 2006. DOI:10.1002/cbic.200500443. с. 929–35.
  3. Fisher AJ, Thompson TB, Thoden JB, Baldwin TO, Rayment I. The 1.5-A resolution crystal structure of bacterial luciferase in low salt conditions. // J. Biol. Chem. 271 (36). Септември 1996. с. 21956–68.
  4. Elizabeth Wilson. What's That Stuff?. // Chemical and Engineering News 77 (3). Jan 18, 1999. с. 65.
  5. Vanessa Knivett. Lighting the way. // EE times. 2009.
  6. Baldwin TO. Firefly luciferase: the structure is known, but the mystery remains. // Structure 4 (3). March 1996. DOI:10.1016/S0969-2126(96)00026-3. с. 223–8.