Ateşböceği lusiferaz - Firefly luciferase

ateş böceği lusiferaz
Yapısı Photinus pyralis'ten ateşböceği lusiferaz.
tanımlayıcılar
organizma	Photinus piralis
Sembol	Yok
PDB	1LCI
UniProt	P08659
Aramak Yapılar İsviçre modeli Etki Alanları InterPro

Ateşböceği lusiferaz olan ışık yayan enzim sorumlu biyolüminesans ait ateşböcekleri ve tıklayın böcekleri . Enzim katalize oksidasyonu ve ateş böceği luciferase gerektiren, oksijen ve ATP . ATP gereksinimi nedeniyle, ateşböceği lusiferazları biyoteknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.

reaksiyon mekanizması

Ateşböceği lusiferazı tarafından katalize edilen kimyasal reaksiyon iki aşamada gerçekleşir:

• lusiferin + ATP → lusiferil adenilat + PP _i
• lusiferil adenilat + O ₂ → oksilusiferin + AMP + ışık

Işık üretilir, çünkü reaksiyon elektronik olarak uyarılmış halde oksilusiferin oluşturur . Oksilusiferin temel duruma geri dönerken reaksiyon bir ışık fotonu serbest bırakır .

Lusiferil adenilat ayrıca hidrojen peroksit ve dehidrolusiferil-AMP oluşturmak için ₀₂ ile bir yan reaksiyona katılabilir. Lusiferil adenilat ara ürününün yaklaşık %20'si bu yolda oksitlenir.

Ateşböceği lusiferazı, çok aşamalı bir süreçte lusiferinden ışık üretir. İlk olarak, D-lusiferin olan adenillenmiş luciferyl adenilat ve pirofosfat oluşturmak üzere MgATP ile. ATP ile aktivasyondan sonra, lusiferil adenilat, bir dioksetanon halkası oluşturmak üzere moleküler oksijen tarafından oksitlenir. Bir dekarboksilasyon reaksiyonu, keto-enol formu arasında tautomerize olan uyarılmış bir oksilusiferin durumu oluşturur. Oksilusiferin temel duruma dönerken reaksiyon sonunda ışık yayar.

Lusiferaz mekanizması.

Lusiferazın iki enzim aktivitesi modu vardır: biyolüminesans aktivitesi ve CoA sentetaz aktivitesi.

iki işlevlilik

Lusiferaz iki farklı yolda işlev görebilir: bir biyolüminesans yolu ve bir CoA- ligaz yolu. Her iki yolda da, lusiferaz başlangıçta MgATP ile bir adenilasyon reaksiyonunu katalize eder. Bununla birlikte, CoA-ligaz yolunda, CoA, lusiferil CoA oluşturmak için AMP'nin yerini alabilir .

Yağlı açil-CoA sentetaz benzer şekilde yağ asitlerini ATP ile aktive eder, ardından AMP'nin CoA ile yer değiştirmesi gelir. Benzer aktiviteleri nedeniyle lusiferaz, yağ açil-CoA sentetazın yerini alabilir ve beta oksidasyonu için uzun zincirli yağ asitlerini yağ-açil CoA'ya dönüştürebilir .

yapı

Ateşböceği lusiferazının protein yapısı iki kompakt alandan oluşur : N-terminal alanı ve C-terminal alanı. N-terminal alanı, bir αβαβα yapısındaki iki β-tabaka ve bir β varilden oluşur . İki β-tabaka üst üste istiflenir ve β-varil tabakaların sonunu kaplar.

C-terminal alanı, iki alanı ayırabilen esnek bir menteşe ile N-terminal alanına bağlanır. Birbirine bakan iki alanın yüzeyindeki amino asit dizileri, bakteri ve ateş böceği lusiferazında korunur, bu nedenle, aktif sitenin, alanlar arasındaki yarıkta yer aldığını kuvvetle önerir .

Bir reaksiyon sırasında, lusiferaz konformasyonel bir değişikliğe sahiptir ve substratı sarmak için iki alanın bir araya gelmesiyle "kapalı" bir forma girer. Bu, suyun reaksiyondan çıkarılmasını ve ATP'yi veya elektronik olarak uyarılmış ürünü hidrolize etmemesini sağlar .

Ateş böceği lusiferazının ikincil yapısının şeması. Oklar β ipliklerini ve daireler α sarmallarını temsil eder. Lusiferaz dizisindeki alt alanların her birinin konumu, alttaki şemada gösterilmektedir.

Biyolüminesansta spektral farklılıklar

Ateşböceği lusiferaz biyolüminesans rengi sarı-yeşil (λ _max = 550 nm) ile kırmızı (λ _max = 620) arasında değişebilir . Lusiferaz yapısı nasıl etkilediği tarif çeşitli mekanizmaları bugün var emisyon spektrumunu bir foton ve yayılan ışığın etkin bir renk.

Bir mekanizma, yayılan ışığın renginin, ürünün keto veya enol formunda olmasına bağlı olduğunu öne sürer . Mekanizma, kırmızı ışığın oksilusiferinin keto formundan yayıldığını, yeşil ışığın ise oksilusiferinin enol formundan yayıldığını öne sürüyor. Ancak 5,5-dimetiloksilusiferin, tautomerleşemediği için keto formuna daralmış olmasına rağmen yeşil ışık yayar.

Başka bir mekanizma, oksilusiferin içindeki benzotiyazol ve tiyazol halkaları arasındaki açının bükülmesinin biyolüminesansın rengini belirlediğini öne sürer . Bu açıklama, iki halka arasında 0°'lik bir açıya sahip bir düzlemsel formun daha yüksek bir enerji durumuna karşılık geldiğini ve daha yüksek enerjili bir yeşil ışık yaydığını, 90°'lik bir açının ise yapıyı daha düşük bir enerji durumuna getirdiğini ve daha düşük bir enerji yaydığını öne sürmektedir. -enerji kırmızı ışık.

Biyolüminesans rengi için en son açıklama, uyarılmış oksilusiferinin mikro ortamını inceler . Çalışmalar, uyarılmış hal ürünü ile yakındaki kalıntılar arasındaki etkileşimlerin, oksilusiferini daha da yüksek bir enerji formuna zorlayabileceğini ve bunun da yeşil ışık emisyonu ile sonuçlandığını göstermektedir. Örneğin, Arg 218, yakındaki diğer kalıntılarla elektrostatik etkileşimlere sahiptir ve oksilusiferinin enol formuna tatomerleşmesini kısıtlar. Benzer şekilde, diğer sonuçlar, lusiferazın mikro ortamının, oksilusiferini daha katı, yüksek enerjili bir yapıya zorlayarak, onu yüksek enerjili bir yeşil ışık yaymaya zorladığını göstermiştir.

Yönetmelik

D-lusiferin, ateşböceği lusiferazının biyolüminesans reaksiyonu için substrat iken L-lusiferin, lusiferil-CoA sentetaz aktivitesi için substrattır. Her iki reaksiyon da substratın enantiyomeri tarafından inhibe edilir: L-lusiferin ve D-lusiferin, sırasıyla biyolüminesans yolunu ve CoA-ligaz yolunu inhibe eder. Bu, lusiferazın, lusiferin yapısının izomerleri arasında ayrım yapabildiğini gösterir .

L-lusiferin, D-lusiferin ve biyolüminesans yolunun rekabetçi bir inhibitörü olmasına rağmen zayıf bir ışık yayabilir . Işık yayılır çünkü CoA sentez yolu, nihai ürünü bir esteraz yoluyla D-lusiferine geri hidrolize ederek biyolüminesans reaksiyonuna dönüştürülebilir .

Lusiferaz aktivitesi ayrıca oksilusiferin tarafından inhibe edilir ve ATP tarafından allosterik olarak aktive edilir. ATP, enzimin iki allosterik bölgesine bağlandığında, lusiferazın aktif bölgesinde ATP'ye bağlanma afinitesi artar.

Ayrıca bakınız

• Biyolüminesans görüntüleme

Referanslar