Большая часть ранних работ по химии люминесценции светлячки была сделана в лаборатории Уильяма Д. МакЭлрой в Университете Джона Хопкинса. Люциферин был впервые выделен и очищен в 1949 году, хотя потребовалось несколько лет, чтобы разработать процедуру кристаллизации соединения с высокой урожайностью. Это, наряду с синтезом и выяснением структуры, было достигнуто доктором Эмилем Х. Уайтом в Университете Джона Хопкинса, на кафедре химии. Процедура была кислотно-базовой экстракцией, с учетом карбоновой кислоты на люциферине. Люциферин можно было эффективно извлечь с помощью этилацетата при низком pH из порошка примерно 15 000 фонарей для светлячки. Позже структура была подтверждена путем комбинированного использования инфракрасной спектроскопии, ультрафиолетовой и визуальной спектроскопии и синтетических методов для разложения соединения на идентифицируемые фрагменты.
Much of the early work on the chemistry of the firefly luminescence was done in the lab of William D. McElroy at Johns Hopkins University. The luciferin was first isolated and purified in 1949, though it would be several years until a procedure was developed to crystallize the compound in high yield. This, along with the synthesis and structure elucidation, was accomplished by Dr. Emil H. White at the Johns Hopkins University, Department of Chemistry. The procedure was an acid base extraction, given the carboxylic acid group on the luciferin. The luciferin could be effectively extracted using ethyl acetate at low pH from powder of approximately 15,000 firefly lanterns. The structure was later confirmed by combined use of infrared spectroscopy, UV–vis spectroscopy and synthetic methods to degrade the compound into identifiable fragments.
Свойства
Было обнаружено, что кристалл люциферина является флуоресцентным, поглощая ультрафиолетовый свет с пиком на 327 нм и излучая свет с пиком на 530 нм. Видимая эмиссия происходит при релаксации оксилюциферина из отдельного возбужденного состояния в основное состояние. В алкальных растворах наблюдалось красное смещение в абсорбции, вероятно, вследствие депротонирования гидроксильной группы на бензотиазоле, но не влияло на флуоресцентное излучение. Было обнаружено, что люцифериловый аденолат (ЭМФ-эстер люциферина) спонтанно излучает свет в растворе. Различные виды светлячков используют один и тот же люциферин, однако цвет излучаемого света может сильно отличаться. Свет от Photuris pennsylvanica измерялся в 552 нм (зеленый желтый), в то время как Pyrophorus plagiophthalamus измерялся, чтобы излучать свет на 582 нм (оранжевый) в желудочном органе. Такие различия, вероятно, обусловлены изменениями рН или различиями в первичной структуре люциферазы. Модификация люциферинной субстрата светлячки привела к "красному смещению" выбросов (до длины волны выброса 675 нм).
Crystal luciferin was found to be fluorescent, absorbing ultraviolet light with a peak at 327 nm and emitting light with a peak at 530 nm. Visible emission occurs upon relaxation of the oxyluciferin from a singlet excited state down to its ground state. Alkaline solutions caused a redshift of the absorption likely due to deprotonation of the hydroxyl group on the benzothiazole, but did not affect the fluorescence emission. It was found that the luciferyl adenylate (the AMP ester of luciferin) spontaneously emits light in solution. Different species of fireflies all use the same luciferin, however the color of the light emitted can differ greatly. The light from Photuris pennsylvanica was measured to be 552 nm (green yellow) while Pyrophorus plagiophthalamus was measured to emit light at 582 nm (orange) in the ventral organ. Such differences are likely due to pH changes or differences in primary structure of the luciferase. Modification of the firefly luciferin substrate has led to "red shifted" emissions (up to emission wavelength of 675 nm).
Биологическая активность
Синтез люциферина светлячки in vivo не полностью изучен. Изучен только последний этап ферментативного пути, который представляет собой реакцию конденсации D-цистеина с 2-циано-6-гидроксибензотиазолом, и это та же реакция, которая используется для синтетического получения соединения. Это было подтверждено радиомаркировкой атомов в двух соединениях и идентификацией регенерирующего фермента люциферина. У светлячки окисление люциферинов, которое каталитизируется люциферазами, дает пероксисоединение 1,2 диокситана. Диокситан нестабилен и спонтанно распадается на углекислый газ и возбужденные кетоны, которые высвобождают избыточную энергию, излучая свет (биолюминесценция). Люциферин Firefly и модифицированные субстраты являются имитаторами жирных кислот и использовались для локализации амид-гидролазы жирных кислот (FAAH) in vivo. Люциферин Firefly является субстратом транспорта ABCG2 и используется в качестве части анализа биолюминесценции с высокой пропускной способностью для скрининга ингибиторов транспорта.
The in vivo synthesis of firefly luciferin is not completely understood. Only the final step of the enzymatic pathway has been studied, which is the condensation reaction of D cysteine with 2 cyano 6 hydroxybenzothiazole, and is the same reaction used to produce the compound synthetically. This was confirmed by radiolabeling of atoms in the two compounds and by identification of a luciferin regenerating enzyme. In firefly, oxidation of luciferins, which is catalyzed by luciferases, yields a peroxy compound 1,2 dioxetane. The dioxetane is unstable and decays spontaneously to carbon dioxide and excited ketones, which release excess energy by emitting light (bioluminescence). Firefly luciferin and modified substrates are fatty acid mimics and have been used to localize fatty acid amide hydrolase (FAAH) in vivo. Firefly luciferin is a substrate of the ABCG2 transporter and has been used as part of a bioluminescence imaging high throughput assay to screen for inhibitors of the transporter.