Firefly lusiferaasi - Firefly luciferase
| Firefly lusiferaasi | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Photinus pyralis- Firefly- lusiferaasin rakenne .
| |||||||
| Tunnisteet | |||||||
| Organismi | |||||||
| Symboli | N / A | ||||||
| ATE | 1LCI | ||||||
| UniProt | P08659 | ||||||
| |||||||
| Firefly lusiferaasi | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tunnisteet | |||||||||
| EY-nro | 1.13.12.7 | ||||||||
| Tietokannat | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-näkymä | ||||||||
| BRENDA | BRENDA-merkintä | ||||||||
| EXPASy | NiceZyme-näkymä | ||||||||
| KEGG | KEGG-merkintä | ||||||||
| MetaCyc | metabolinen reitti | ||||||||
| PRIAM | profiili | ||||||||
| ATE: n rakenteet | RCSB ATE PDBe ATE | ||||||||
| Geenin ontologia | Amigo / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Tulikärpäslusiferaasin on valoa lähettävä entsyymi vastaa bioluminenssi sekä Fireflies ja valitse kovakuoriaiset . Entsyymi katalysoi hapetus on tulikärpäs-lusiferiinia, joka vaatii hapen ja ATP: tä . ATP-vaatimuksen takia Firefly-lusiferaaseja on käytetty laajasti biotekniikassa.
Reaktiomekanismi
Firefly-lusiferaasin katalysoima kemiallinen reaktio tapahtuu kahdessa vaiheessa:
- lusiferiini + ATP → lusiferyyliadenylaatti + PP i
- luciferyl adenylaattia + O 2 → oksilusiferiiniin + AMP + valo
Valoa syntyy, koska reaktio muodostaa oksyylisiferiinin elektronisesti viritetyssä tilassa . Reaktio vapauttaa valon fotonin, kun oksyylisiferiini palaa perustilaan .
Luciferyl adenylaattisyklaasin voi lisäksi osallistua sivureaktio O 2 muodostamiseksi vetyperoksidia ja dehydroluciferyl-AMP. Noin 20% lusiferyyliadenylaattivälituotteesta hapetetaan tällä reitillä.
Firefly-lusiferaasi tuottaa valoa lusiferiinista monivaiheisessa prosessissa. Ensinnäkin D-lusiferiini adenyloidaan MgATP: llä lusiferyyliadenylaatin ja pyrofosfaatin muodostamiseksi. ATP: llä aktivoinnin jälkeen lusiferyyliadenylaatti hapetetaan molekyylihapen avulla dioksetanonirenkaan muodostamiseksi. Dekarboksylointi reaktio muodostaa virittynyt tila oksilusiferiiniin, joka tautomeroituu välillä keto-enoli-muoto. Reaktio säteilee lopulta valoa, kun oksyylisiferiini palaa perustilaan.
Bifunktionaalisuus
Lusiferaasi voi toimia kahdella eri reitillä: bioluminesenssireitillä ja CoA- ligaasireitillä. Molemmissa reiteissä lusiferaasi katalysoi aluksi adenylaatioreaktion MgATP: n kanssa. CoA-ligaasireitillä CoA voi kuitenkin syrjäyttää AMP: n muodostaen lusiferyyli-CoA: n .
Rasva-asyyli-CoA-syntetaasi aktivoi samalla tavalla rasvahapot ATP: llä, mitä seuraa AMP: n korvaaminen CoA: lla. Samanlaisten toimintojensa vuoksi lusiferaasi pystyy korvaamaan rasva-asyyli-CoA-syntaasin ja muuntaa pitkäketjuiset rasvahapot rasva-asyyli-CoA: ksi beeta-hapetukseksi .
Rakenne
Firefly-lusiferaasin proteiinirakenne koostuu kahdesta kompaktista domeenista : N-terminaalisesta domeenista ja C-terminaalisesta domeenista. N-terminaalinen domeeni koostuu kahdesta β-beeta- rakenteessa olevasta p- levystä ja p-tynnyristä . Kaksi p-arkkia pinotaan päällekkäin, p-tynnyri peittäen arkkien pään.
C-päätelaite on kytketty N-päätelaitteeseen joustavalla saranalla, joka voi erottaa nämä kaksi domeenia. Kahden vastakkain olevan domeenin pinnalla olevat aminohapposekvenssit ovat konservoituneet bakteeri- ja firefly-lusiferaasissa, mikä viittaa vahvasti siihen, että aktiivinen kohta sijaitsee domeenien välisessä halkeamassa.
Reaktion aikana lusiferaasilla on konformaatiomuutos ja se menee "suljettuun" muotoon kahden domeenin tullessa yhteen suljettamaan substraatin. Tämä varmistaa, että vesi suljetaan pois reaktiosta eikä hydrolysoi ATP: tä tai elektronisesti viritettyä tuotetta.
Spektriset erot bioluminesenssissa
Firefly-lusiferaasibioluminesenssin väri voi vaihdella kelta-vihreän ( λmax = 550 nm) ja punaisen ( λmax = 620) välillä. Tällä hetkellä on useita erilaisia mekanismeja, jotka kuvaavat kuinka rakenne lusiferaasin vaikuttaa emissiospektri on fotonin ja tehokkaasti väriä säteilevän valon.
Yksi mekanismi ehdottaa, että emittoidun valon väri riippuu siitä, onko tuote keto- tai enolimuodossa . Mekanismi viittaa siihen, että punaista valoa lähtee oksyylisiferiinin ketomuodosta, kun taas vihreää valoa oksyylisiferiinin enolimuodosta. Kuitenkin 5,5-dimethyloxyluciferin säteilee vihreää valoa, vaikka se on ahdas ketomuotoon koska se ei voi tautomerize.
Toinen mekanismi ehdottaa, että bentsotiatsoli- ja tiatsolirenkaiden välisen kulman kiertäminen oksyylisiferiinissä määrittää bioluminesenssin värin. Tässä selityksessä ehdotetaan, että tasomainen muoto, jonka kahden renkaan välinen kulma on 0 °, vastaa suurempaa energiatilaa ja antaa enemmän energiaa kuluttavan vihreän valon, kun taas 90 ° kulma asettaa rakenteen alempaan energiatilaan ja antaa pienemmän energian. -energian punainen valo.
Viimeisin selitys bioluminesenssivärille tutkii viritetyn oksyylisiferiinin mikroympäristöä . Tutkimukset viittaavat siihen, että viritetyn tilatuotteen ja lähellä olevien tähteiden välinen vuorovaikutus voi pakottaa oksyylisiferiinin vielä korkeammaksi energiamuodoksi, mikä johtaa vihreän valon emissioon. Esimerkiksi Arg 218: lla on sähköstaattisia vuorovaikutuksia muiden lähellä olevien tähteiden kanssa, mikä rajoittaa oksyylisiferiinin tautomeroitumista enolimuotoon. Vastaavasti muut tulokset ovat osoittaneet, että lusiferaasin mikroympäristö voi pakottaa oksyylisiferiinin jäykempään, suurenergiseen rakenteeseen pakottaen sen lähettämään korkean energian vihreää valoa.
Säätö
D-lusiferiini on Firefly-lusiferaasin bioluminesenssireaktion substraatti, kun taas L-lusiferiini on lusiferyyli-CoA-syntetaasiaktiivisuuden substraatti. Molemmat reaktiot estyvät substraatin enantiomeerillä: L-lusiferiini ja D-lusiferiini estävät vastaavasti bioluminesenssireitin ja CoA-ligaasireitin. Tämä osoittaa, että lusiferaasi voi erottaa lusiferiinirakenteen isomeerit .
L-lusiferiini kykenee lähettämään heikkoa valoa, vaikka se on kilpaileva D-lusiferiinin ja bioluminesenssireitin estäjä . Valoa säteilee, koska CoA-synteesireitti voidaan muuntaa bioluminesenssireaktioksi hydrolysoimalla lopputuote esteraasin kautta takaisin D-lusiferiiniksi.
Lusiferaasiaktiivisuutta inhiboi lisäksi oksyylisiferiini ja aktivoi allosterisesti ATP. Kun ATP sitoutuu entsyymin kahteen allosteeriseen kohtaan, lusiferaasin affiniteetti sitoutua ATP: hen sen aktiivisessa kohdassa kasvaa.