Кіріспе

Жарыққұрқақ люциферазасы - жарықққұрқақ құрттар мен клик құрттарының биолюминесценциясына жауапты жарық шығаратын фермент. Фермент отшашушы люцифериннің тотығуын катализдейді, сондықтан оттегі мен АТФ қажет. АТФ қажеттілігі болғандықтан, отшашушы люциферазалар биотехнологияда кеңінен қолданылған.

Екі функциялылық

Люцифераза екі түрлі жолмен жұмыс істей алады: биолюминесценция жолы және CoA лигаза жолы. Екі жолмен де люцифераза бастапқыда аденолирлеу реакциясын MgATP- мен катализациялайды. Алайда CoA лигаза жолында CoA AMP- ні ығыстырып, люцифериль CoA құра алады. Майлы ацил- CoA синтетазасы майлы қышқылдарды ATP-мен бірдей белсендіреді, содан кейін AMP- ні CoA- мен ығыстыру. Олардың ұқсас қызметіне байланысты люцифераза майлы ацил- CoA синтетазасын алмастыра алады және ұзақ тізбекті май қышқылдарын бета- окистену үшін майлы ацил- CoA-ға айналдыра алады. Реакция кезінде люцифераза конформациялық өзгеріске ұшырап, екі доменнің бірігіп субстратты қоршауға алатын "жабық" түрге айналады. Бұл реакциядан судың шығарылуын және АТФ-ны немесе электронды қоздырылған өнімді гидролиздемеуін қамтамасыз етеді. Қазіргі уақытта люциферазаның құрылымы фотондардың эмиссиялық спектріне және сәулеленуші жарықтың түсіне қалай әсер ететінін сипаттайтын бірнеше түрлі механизмдер бар. Бір механизм бойынша, сәуле түсі кето немесе энол түріндегі өнімге байланысты болады. Бұл механизмнің негізінде оксилюцифериннің кето түрінен қызыл жарық, ал энол түрінен жасыл жарық шығады. Алайда, 5,5 диметилроксилюциферин, таутомерлендіруге қабілеті жоқ болғандықтан, кето түріне дейін шектелгенімен, жасыл жарық шығарады. Тағы бір механизм бензотиазоль мен тиазоль сақиналарының арасындағы бұрышты бұрмалау оксилюциферінде биолюминесценцияның түсін анықтайды деп болжайды. Бұл түсіндірмеде екі сақина арасындағы 0° бұрышы бар жазықтықтың жоғары энергиялы күйге сәйкес келетіндігі және жоғары энергиялы жасыл жарық шығаратындығы, ал 90° бұрышы құрылысты төмен энергиялы күйге түсіріп, төмен энергиялы қызыл жарық шығаратындығы айтылады. Биолюминесценттік түстің ең соңғы түсіндірмесі қозылған оксилюцифериннің микроорталығын қарастырады. Зерттеулер әсерлесудің қозған күйдегі өнім мен жақын маңдағы қалдықтар арасындағы әсерлесудің оксилюциферинді одан да жоғары энергиялы түрге мәжбүрлеуі мүмкін екенін көрсетеді, бұл жасыл жарық шығаруды тудырады. Мысалы, Arg 218 басқа жақын маңдағы қалдықтармен электростатикалық өзара әрекеттеседі, оксилюциферинді таутомеризациялаудан энол түріне шектеу. Сол сияқты, басқа нәтижелер люциферазаның микроорталығы оксилюциферинді қаттырақ, жоғары энергиялы құрылымға мәжбүрлей алады, оны жоғары энергиялы жасыл жарық шығаруға мәжбүрлейді.

Реттеу

D люциферин - отшашулы люциферазаның биолюминесценттік реакциясының субстраты, ал L люциферин - люциферил CoA синтетазасының белсенділігінің субстраты. Екі реакцияны да субстраттың энантиомері тежейді: L люциферин және D люциферин тиісінше биолюминесценция жолы мен CoA лигаза жолының тежелуін тежейді. Жарық шығарылады, өйткені CoA синтез жолы біоллюминесценция реакциясына айналуы мүмкін, яғни соңғы өнім D люциферинге эстраза арқылы гидролизделеді. және АТФ- мен аллостерикалық түрде белсендіріледі. АТФ ферменттің екі аллостерикалық орнына байланғанда люциферазаның АТФ-ны оның белсенді орнына байлау аффинитеті артады. Нәтижесінде алынған ферменттер ұзақ тізбекті май қышқылдарына, қысқа тізбекті май қышқылдарына, амин қышқылдарына және иммино қышқылдарына әсер етті. Иноуйдің айтуынша, люциферазалар аденолирлеу белсенділігін тек ұзын тізбекті май қышқылдарына әсер еткенде ғана көрсетеді. Дрозофиладағы CG6178 генінің өнімінің амин қышқылдар ретімен отшашушы люциферазамен жоғары ұқсастығы бар екені анықталды. Ұзын тізбекті май қышқылдарына әсер еткенде, ол жоғары аденоилтациялық белсенділікті көрсеткенмен, оттегі мен LH2 AMP әсер еткенде люциферазаның геннің дубликациясына байланысты ұзақ тізбекті майлы ацил CoA гомологы ретінде пайда болғанын білдіретін люминесценция болған жоқ.

Эволюция

Zhang және басқалар жүргізген филогенетикалық талдаулар. (2020) Lampyridae, Rhagopthalmidae және Phenogodidae тұқымдастарының люциферлері Elateridae тұқымдасынан 205 млн жыл бұрын бөлініп кеткенін көрсетеді. Филогенетикалық деректерге сәйкес, осы екі люциферазаның пайда болуы отбасылар ажырап кетпес бұрын пайда болды, бұл олардың фенотиптік конвергенцияларға байланысты ұқсас табиғатын көрсетеді.