Luciferaza

Luciferaza  este un termen general pentru o clasă de enzime oxidative care catalizează o reacție însoțită de emisia de lumină, bioluminiscență . Cea mai cunoscută este luciferaza de licurici ( EC 1.13.12.7), în special, licuriciul Photinus pyralis [1] . În biologie, luciferaza este utilizată pe scară largă ca reactiv de laborator, de obicei din această specie. Numele enzimei, precum și substratul său luciferină , provine de la cuvântul Lucifer („purtător de lumină”).

Reacție

În reacțiile luminiscente, lumina este produsă prin oxidarea luciferinei. Vedere generală asupra reacției în curs:

люциферин + O<sub>2</sub> → оксилюциферин + свет

De obicei, produsul de reacţie este CO2 . Fără luciferază, viteza de reacție între luciferină și oxigen este extrem de scăzută, dar este foarte accelerată ( catalizată ) de enzimă. În unele cazuri, reacția enzimatică necesită calciu sau ATP ca cofactor [2] .

Reacția, catalizată de luciferaza de licurici , se desfășoară în două etape:

  1. люциферин + [[АТФ]] → люцифериладенилат + [[Пирофосфат|PP<sub>i</sub>]]
  2. люцифериладенилат + O<sub>2</sub> → оксилюциферин + [[АМФ]] + свет

Lumina apare atunci când oxiluciferina trece din starea excitată în starea fundamentală. În același timp, oxiluciferina este legată de molecula de enzimă și, în funcție de hidrofobicitatea micromediului oxiluciferinei excitate, lumina emisă variază în diferite specii de licurici de la galben-verde (cu un micromediu mai hidrofob) la roșu (cu unul mai puțin hidrofob). Faptul este că, cu un micromediu mai polar, o parte din energie este disipată. Luciferazele de la diverși licurici generează bioluminiscență cu vârfuri de la 548 la 620 nm. În general, eficiența energetică a reacției este foarte mare: aproape toată energia reacției este transformată în lumină fără a emite căldură.

Aplicație

Luciferaza poate fi sintetizată în laboratoare în diverse scopuri. Genele care codifică luciferaza sunt utilizate pe scară largă în inginerie genetică : sunt sintetizate artificial și inserate în organisme unicelulare, iar celulele sunt transfectate. Șoareci de casă, viermi de mătase, cartofi - aceasta nu este o listă completă a organismelor modificate genetic pentru a produce această proteină.

Într-o reacție catalizată de luciferază, lumină este emisă numai dacă luciferaza interacționează cu un substrat specific de luciferină. Emisia unui foton poate fi detectată cu echipamente speciale sensibile la lumină, cum ar fi un fotometru sau un microscop optic modificat .

În cercetarea biologică, genele care codifică luciferaza sunt utilizate în principal ca gene reporter . Ele fac posibilă evaluarea activității transcripționale în celulele transfectate cu constructe genetice care includ gena luciferazei, care se află sub controlul promotorului genei studiate. De asemenea, luciferaza poate fi utilizată pentru a evalua nivelul de ATP din celule, ceea ce vă permite să verificați viabilitatea celulei sau activitatea kinazelor sale . În plus, moleculele proluminescente care sunt convertite în luciferină prin acțiunea unor enzime specifice pot fi utilizate pentru a evalua activitatea enzimatică într-un test legat sau în două etape. În special, astfel de substraturi sunt utilizate pentru a analiza activitatea caspazelor și a citocromului P450 .

Tomografia corpului întreg (tomografia in vivo sau, ocazional, tomografia ex vivo) este o tehnologie convenabilă care permite studiul populațiilor de celule la animale vii, cum ar fi șoarecii. Diverse tipuri de celule (de exemplu , celule stem din măduva osoasă , celule T ) pot fi modificate genetic pentru a sintetiza luciferaze, permițându-le să fie vizualizate neinvaziv în interiorul animalelor vii folosind dispozitive cuplate cu sarcină foarte sensibile ( matrice CCD ). Această tehnologie este utilizată pentru a studia oncogeneza și a studia eficacitatea medicamentelor anticancer la animalele model. Cu toate acestea, factorii de mediu și intervenția terapeutică pot provoca discrepanțe semnificative între dezvoltarea tumorii și intensitatea bioluminiscentei din cauza modificărilor activității proliferative . Intensitatea semnalului în timpul tomografiei in vivo depinde de diverși factori, cum ar fi absorbția D-luciferinei în cavitatea abdominală și sânge, permeabilitatea membranelor celulare , disponibilitatea cofactorilor , pH-ul în interiorul celulei. .

Vezi și

Note

  1. ↑ Gould SJ, Subramani S. Luciferaza Firefly ca instrument în biologia moleculară și celulară   // Anal . Biochim. : jurnal. - 1988. - noiembrie ( vol. 175 , nr. 1 ). - P. 5-13 . - doi : 10.1016/0003-2697(88)90353-3 . — PMID 3072883 .
  2. ↑ EC 1.13.12.5 (link indisponibil) . Nomenclatura enzimelor IUBMB . Comitetul de nomenclatură al Uniunii Internaționale de Biochimie și Biologie Moleculară (NC-IUBMB). Consultat la 2 octombrie 2008. Arhivat din original pe 5 aprilie 2012. 

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii