lusiferaz - Luciferase
| Bakteriyel Lusiferaz monooksijenaz ailesi | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tanımlayıcılar | |||||||||||
| Sembol | Bac_luciferase | ||||||||||
| Pfam | PF00296 | ||||||||||
| InterPro | IPR016048 | ||||||||||
| PROZİT | PDOC00397 | ||||||||||
| SCOP2 | 1nfp / KAPSAM / SUPFAM | ||||||||||
| |||||||||||
| Dinoflagellat Lusiferaz katalitik alanı | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 dinoflagellat Lingulodinium polyedrum'dan bir lusiferaz alanının kristal yapısı
| |||||||||
| tanımlayıcılar | |||||||||
| Sembol | Luciferase_cat | ||||||||
| Pfam | PF10285 | ||||||||
| InterPro | IPR018804 | ||||||||
| |||||||||
| Dinoflagellat Lusiferaz/LBP N-terminal alanı | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tanımlayıcılar | |||||||||
| Sembol | lusiferaz_N | ||||||||
| Pfam | PF05295 | ||||||||
| InterPro | IPR007959 | ||||||||
| |||||||||
| Dinoflagellat Luciferase sarmal demet alanı | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tanımlayıcılar | |||||||||
| Sembol | lusiferaz_3H | ||||||||
| Pfam | PF10284 | ||||||||
| InterPro | IPR018475 | ||||||||
| |||||||||
Lusiferaz , biyolüminesans üreten oksidatif enzimler sınıfı için genel bir terimdir ve genellikle bir fotoproteinden ayırt edilir . İsim ilk olarak , sırasıyla ve enzim için luciferin ve lusiferaz kelimelerini icat eden Raphaël Dubois tarafından kullanılmıştır . Her iki kelime de "ışık" ( lux) ve "getirmek veya taşımak" ( ferre) için Latince kelimelerinden türetilen "ışık taşıyan" anlamına gelen Latince lucifer kelimesinden türetilmiştir .
| ateş böceği lusiferaz | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Yapısı Photinus pyralis'ten ateşböceği lusiferaz.
| |||||||
| tanımlayıcılar | |||||||
| organizma | |||||||
| Sembol | ateş böceği lusiferaz | ||||||
| PDB | 1LCI Daha fazla yapı | ||||||
| UniProt | P08659 | ||||||
| Diğer veri | |||||||
| EC numarası | 1.13.12.7 | ||||||
| |||||||
Lusiferazlar biyoteknolojide , mikroskopi için ve floresan proteinlerle aynı uygulamaların çoğu için raportör genler olarak yaygın olarak kullanılmaktadır . Bununla birlikte, floresan proteinlerin aksine, lusiferazlar harici bir ışık kaynağı gerektirmez, ancak tüketilebilir substrat olan lusiferinin eklenmesini gerektirir .
Örnekler
Çeşitli organizmalar, çeşitli ışık yayan reaksiyonlarda farklı lusiferazlar kullanarak ışık üretimlerini düzenler. İncelenen lusiferazların çoğu, ateşböcekleri de dahil olmak üzere hayvanlarda ve kopepodlar , denizanası ve deniz menekşesi gibi birçok deniz hayvanında bulunmuştur . Bununla birlikte, lusiferazlar, Jack-O-Lantern mantarı gibi parlak mantarlarda ve ayrıca ışıklı bakteriler ve dinoflagellatlar dahil olmak üzere diğer krallıklardaki örneklerde incelenmiştir .
Ateş böceği ve tıklama böceği
Ateş böceği lusiferazların - olan 2000'den vardır türler - ve diğer Elateroidea (genel olarak böcekleri ve akraba tıklayın) yararlı olduğu çeşitli yeterli moleküler phylogeny . Ateşböceklerinde gerekli oksijen, karın boşluğunda bulunan karın trakea adı verilen bir tüp vasıtasıyla sağlanır . İyi çalışılmış bir lusiferaz, optimum pH'ı 7,8 olan Photinini ateş böceği Photinus pyralis'inkidir .
deniz hercai menekşe
Ayrıca iyi olduğunu çalışılan deniz menekşesi , Renilla reniformis'e . Bu organizmada, lusiferaz ( Renilla-luciferin 2-monooxygenase ), bir lusiferin bağlayıcı proteinin yanı sıra yeşil bir flüoresan proteini ( GFP ) ile yakından ilişkilidir . Kalsiyum , lusiferin bağlayıcı proteinden lusiferinin ( koelenterazin ) salınımını tetikler . Substrat daha sonra lusiferaz tarafından oksidasyona hazır hale gelir ve burada enerji salınımı ile birlikte koelenteramide indirgenir. GFP'nin yokluğunda, bu enerji mavi ışığın bir fotonu olarak salınacaktır (pik emisyon dalga boyu 482 nm). Bununla birlikte, yakın ilişkili GFP nedeniyle, lusiferaz tarafından serbest bırakılan enerji yerine yoluyla birleştirilir rezonans enerji transferi için florofor GFP ve ardından yeşil ışık (pik emisyon dalga boyu 510 nm), bir foton olarak salınır. Katalizlenmiş reaksiyon:
- coelenterazin + O 2 → coelenteramide + CO 2 + ışık fotonu
kopepod
Daha yeni lusiferazların, diğer lusiferazların aksine, doğal olarak salgılanan moleküller olduğu yakın zamanda tanımlanmıştır. Bu tür bir örnek Metridia coelenterazine bağımlı lusiferaz (MetLuc, A0A1L6CBM1 kopepod deniz türetilir) Metridia Longa . Metridia longa salgılanan lusiferaz geni, bir N-terminali sekretuar sinyal içeren bir 24 kDa proteinini kodlayan peptit 17 asit amino kalıntıları. Bu lusiferaz molekülünün duyarlılığı ve yüksek sinyal yoğunluğu, birçok raportör çalışmasında avantajlı olduğunu kanıtlamaktadır. MetLuc gibi salgılanmış bir raportör molekülü kullanmanın yararlarından bazıları, aynı hücre üzerinde canlı hücre tahlilleri ve çoklu tahliller yapabilmesini sağlayan lizizsiz protokolüdür.
Bakteriyel
Bakteriyel biyolüminesans, Photobacterium türlerinde, Vibrio fischeri , Vibrio haweyi ve Vibrio harveyi'de görülür . Bazı biyolüminesan bakterilerde ışık emisyonu , lusiferaz üzerindeki birincil uyarılmış durumdan enerjiyi kabul etmek için lumazin proteini gibi 'anten' kullanır , bu da daha kısa dalga boyunda (daha mavi) ışık yayan uyarılmış bir lulnazin kromoforuyla sonuçlanırken, diğerlerinde kromofor olarak FMN ile sarı bir flüoresan proteini (YFP) kullanın ve lusiferazdan gelene göre kırmızıya kayan ışık yayar.
dinoflagellat
Dinoflagellat lusiferaz, bir N-terminal alanından ve her birinin önünde bir sarmal demet alanının bulunduğu üç katalitik alandan oluşan çok alanlı bir ökaryot proteinidir . Yapı lusiferaz dinoflagellate in katalitik alanı çözülmüştür. Alanın çekirdek kısmı , yapısal olarak lipokalinlere ve FABP'ye benzeyen 10 iplikli bir beta varildir . N-terminal alanı, dinoflagellat lusiferaz ve lusiferin bağlayıcı proteinler (LBP'ler) arasında korunur . Bu bölgenin, LBP ve lusiferaz arasındaki bir etkileşime veya bunların vakuolar membran ile ilişkisine aracılık edebileceği öne sürülmüştür . Sarmal demet alanı, enzimin pH regülasyonunda rol oynadığı düşünülen dört önemli histidin içeren üç sarmal demet yapısına sahiptir . pH 8'de dinoflagellat lusiferazın β- fıçısında tetrapirol substratını yerleştirmek için büyük bir cep vardır, ancak substratın girmesine izin verecek bir açıklık yoktur. Bu nedenle, aktif bölgede bir ligand için erişim ve boşluk sağlamak için önemli bir konformasyonel değişiklik meydana gelmelidir ve bu değişikliğin kaynağı dört N-terminal histidin tortusudur. pH 8'de, protonlanmamış histidin kalıntılarının , aktif bölgeye substrat erişimini engelleyen ve bu etkileşimin protonasyon ile bozulmasını engelleyen (pH 6.3'te) demet içindeki sarmalların ara yüzeyinde bir hidrojen bağları ağında yer aldığı görülebilir. veya histidin kalıntılarının alanin ile değiştirilmesi, demetin büyük bir moleküler hareketine neden olur, helisleri 11 A ile ayırır ve katalitik siteyi açar. Mantıksal olarak, histidin kalıntıları doğada alanin ile değiştirilemez, ancak bu deneysel yer değiştirme ayrıca daha büyük histidin kalıntılarının aktif bölgeyi bloke ettiğini doğrular. Ek olarak, biri N-terminal sarmalında ve ikisi sarmal-ilmek-sarmal motifinde olmak üzere üç Gly-Gly dizisi, katalitik bölgeye giden yolu daha da açmak ve aktif alanı genişletmek için zincirlerin etrafında döndüğü menteşeler olarak hizmet edebilir. alan.
Bir dinoflagellat lusiferaz alt-tabaka (etkileşimi için dolayı ışığı yayan edebilen lusiferin olarak) ve luciferase-bağlama proteini (LBP) scintillon organel Dinoflagellatlar bulundu. Lusiferaz, ışık yaymak için lusiferin ve LBP'ye göre hareket eder, ancak her bileşen farklı bir pH'ta çalışır. Lusiferaz ve alanları pH 8'de aktif değildir ancak optimum pH 6,3'te son derece aktiftir, LBP ise pH 8'de lusiferini bağlar ve pH 6.3'te serbest bırakır. Sonuç olarak, lusiferin yalnızca sintillon pH 6.3'e asitleştirildiğinde aktif bir lusiferaz ile reaksiyona girmek üzere salınır. Bu nedenle, pH düzeyini düşürdüğü için, voltaj kapılı scintillon kanalların membran girişine imkân vermek için açılır proton , bir gelen vakuol bir sahip aksiyon potansiyeli mekanik stimülasyondan üretti. Bu nedenle, vakuolar membrandaki aksiyon potansiyelinin asitleşmeye yol açtığı ve bunun da lusiferinin sintillondaki lusiferaz ile reaksiyona girmesine izin vererek bir mavi ışık parlaması ürettiği görülebilir.
reaksiyon mekanizması
Tüm lusiferazlar, oksidoredüktazlar ( EC 1.13.12.- ) olarak sınıflandırılır , yani moleküler oksijen dahil tek donörler üzerinde hareket ederler . Lusiferazlar, ilişkisiz birçok farklı protein ailesinden olduğu için, herhangi bir mekanizma lusiferaz ve lusiferin kombinasyonuna bağlı olduğundan, birleştirici bir mekanizma yoktur. Bununla birlikte, bugüne kadar karakterize edilen tüm lusiferaz-lusiferin reaksiyonlarının , bir aşamada moleküler oksijen gerektirdiği gösterilmiştir .
Bakteriyel lusiferaz
Bakteriyel lusiferaz tarafından katalize edilen reaksiyon aynı zamanda oksidatif bir işlemdir:
- FMNH 2 + O 2 + RCHO → FMN + RCOOH + H 2 O + ışık
Reaksiyonda moleküler oksijen, flavin mononükleotidi ve uzun zincirli bir alifatik aldehiti bir alifatik karboksilik aside oksitler . Reaksiyon, mavi-yeşil ışık yaymak için FMN ürününe dehidre edilen uyarılmış bir hidroksiflavin ara ürünü oluşturur.
Reaksiyona giren enerjinin neredeyse tamamı ışığa dönüştürülür. Reaksiyon %80 ila %90 verimlidir. Karşılaştırıldığında, akkor ampul enerjisinin yalnızca %10'unu ışığa dönüştürür ve Watt başına 150 lümen (lm/W) LED, giriş enerjisinin %20'sini görünür ışığa dönüştürür.
Uygulamalar
Lusiferazlar, laboratuvarda genetik mühendisliği yoluyla çeşitli amaçlarla üretilebilir . Lusiferaz genleri sentezlenebilir ve organizmalara eklenebilir veya hücrelere transfekte edilebilir . 2002 yılı itibariyle fareler , ipekböcekleri ve patatesler , proteini üretmek için tasarlanmış organizmalardan sadece birkaçıdır.
Lusiferaz reaksiyonunda, lusiferaz uygun lusiferin substratı üzerinde etki ettiğinde ışık yayılır . Foton emisyonu, lüminometre veya modifiye optik mikroskoplar gibi ışığa duyarlı cihazlarla tespit edilebilir . Bu biyolojik süreçlerin gözlemlenmesini sağlar. Lusiferaz biyolüminesans için ışık uyarımı gerekli olmadığından, minimum otofloresan ve dolayısıyla neredeyse arka plansız floresan vardır. Bu nedenle, standart bir sintilasyon sayacı kullanılarak 0,02 pg kadar küçük bir miktar hala doğru bir şekilde ölçülebilir .
Biyolojik araştırmalarda, lusiferaz, ilgili bir promotörün kontrolü altında lusiferaz genini içeren bir genetik yapı ile transfekte edilmiş hücrelerde transkripsiyonel aktiviteyi değerlendirmek için yaygın olarak bir raportör olarak kullanılır . Ek olarak, belirli bir enzimin aktivitesi üzerine lusiferine dönüştürülen prolüminesan moleküller, birleştirilmiş veya iki aşamalı lusiferaz deneylerinde enzim aktivitesini tespit etmek için kullanılabilir. Bu tür substratlar , diğerleri arasında, kaspaz aktivitesini ve sitokrom P450 aktivitesini tespit etmek için kullanılmıştır .
Lusiferaz, hücre canlılığı deneylerinde veya kinaz aktivite deneylerinde hücresel ATP seviyesini saptamak için de kullanılabilir . Lusiferaz, biyotinilasyon yoluyla bir ATP sensör proteini olarak hareket edebilir . Biyotinilasyon, bir streptavidin - biyotin kompleksine bağlanarak hücre yüzeyinde lusiferazı hareketsiz hale getirecektir . Bu, lusiferazın hücreden ATP akışını algılamasına izin verir ve biyolüminesans yoluyla ATP'nin gerçek zamanlı salınımını etkin bir şekilde gösterecektir. Lusiferaz ayrıca protein dizisindeki belirli amino asit kalıntılarını değiştirerek lüminesans yoğunluğunu arttırarak ATP tespiti için daha hassas hale getirilebilir .
Tüm hayvan görüntüleme ( yaşarken in vivo olarak adlandırılır veya başka bir şekilde ex vivo görüntüleme olarak adlandırılır ), fareler gibi canlı hayvanlarda hücre popülasyonlarını incelemek için güçlü bir tekniktir. Farklı hücre türleri (örneğin kemik iliği kök hücreleri, T-hücreleri) hassas bir şarj çiftli cihaz kamerası ( CCD kamera ) kullanılarak canlı bir hayvan içinde invazif olmayan görselleştirmelerine izin veren bir lusiferazı ifade edecek şekilde tasarlanabilir. Bu teknik kullanılmıştır. hayvan modellerinde tümör oluşumunu ve tümörlerin tedaviye yanıtını takip etmek. Bununla birlikte, çevresel faktörler ve terapötik müdahaleler, proliferatif aktivitedeki değişikliklerle ilgili olarak tümör yükü ve biyolüminesans yoğunluğu arasında bazı farklılıklara neden olabilir. İn vivo görüntüleme ile ölçülen sinyalin yoğunluğu, periton yoluyla D-lusiferin absorpsiyonu, kan akışı, hücre zarı geçirgenliği, yardımcı faktörlerin mevcudiyeti, hücre içi pH ve üstteki dokunun şeffaflığı gibi çeşitli faktörlere bağlı olabilir . lusiferaz miktarı.
Lusiferaz, protein denatürasyonu ile ilgili çalışmalarda kullanılan ve ısı şoku proteinlerinin koruyucu kapasitelerini test eden, ısıya duyarlı bir proteindir . Lusiferaz kullanma fırsatları genişlemeye devam ediyor.
Ayrıca bakınız
Referanslar
Dış bağlantılar
-
İlgili Medya Lusiferazı Wikimedia Commons - Uygun yapısal bilginin her genel PDB için Uniprot : P08659 de (luciferase 4-monooksijenaz) PDBe-KB .
- Trimmer B, Zayas R, Qazi S, Lewis S, Michel T, Dudzinski D, Aprille J, Lagace C (2001-06-28). "Ateş böceği yanıp söner ve Nitrik Oksit" . Tufts Üniversitesi . 2008-10-02 alındı .
- "Muhabir genlerin gelişimindeki eğilimler" . muhabirgen.com . 2009-03-07 alındı .
- "BL Web: Luciferin türleri" . Biyolüminesans Web Sayfası . Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara . 2009-03-07 alındı .
- "Biyolüminesans Haberci Protokolleri ve Uygulamaları Kılavuzu" . Protokoller ve uygulamalar . Promega Şirketi. Arşivlenmiş orijinal 2010-08-08 tarihinde . 2009-03-07 alındı .
- "BL Web: Luciferin türleri" . ISCID Bilim ve Felsefe Ansiklopedisi . ISCID. Arşivlenmiş orijinal 2012-09-21 tarihinde . 2010-04-20 alındı .
- Goodsell D. "Lusiferaz" . Ayın Molekülü . Protein Veri Bankası . 2013-01-15 alındı .
