Люцифера́за — общий термин для класса окислительных ферментов , катализирующих реакцию, сопровождающуюся испусканием света, биолюминесценцией . Наиболее широко известна люцифераза светлячков ( КФ 1.13.12.7), в частности, светлячка Photinus pyralis . В биологии широко используется в качестве лабораторного реагента люцифераза как правило из этого вида. Название фермента, также как и его субстрата люциферина , происходит от слова Люцифер («светоносец»).

Реакция

В люминесцентных реакциях свет образуется при окислении люциферина. Общий вид происходящей реакции:

   люциферин + O2 → оксилюциферин + свет

Как правило, продуктом реакции является CO ₂ . Без люциферазы скорость реакции между люциферином и кислородом крайне низкая, но значительно ускоряется ( катализируется ) ферментом. В некоторых случаях ферментативная реакция требует в качестве кофактора кальций или АТФ .

Реакция, катализируемая люциферазой светлячков , проходит в две стадии:

1. люциферин + АТФ → люцифериладенилат + PP _i
2. люцифериладенилат + O ₂ → оксилюциферин + АМФ + свет

Свет возникает при переходе оксилюциферина из возбуждённого состояния в основное. При этом оксилюциферин связан с молекулой фермента, и в зависимости от гидрофобности микроокружения возбуждённого оксилюциферина испускаемый свет варьирует у различных видов светлячков от жёлто-зелёного (при более гидрофобном микроокружении) до красного (при менее гидрофобном). Дело в том, что при более полярном микроокружении часть энергии рассеивается. Люциферазы из различных светляков генерируют биолюминесценцию с максимумами от 548 до 620 нм. В целом энергетическая эффективность реакции очень высокая: практически вся энергия реакции трансформируется в свет без испускания тепла.

Применение

Люцифераза может синтезироваться в лабораториях для различных целей. Гены, кодирующие люциферазу, широко применяются в генной инженерии : их искусственно синтезируют и встраивают в одноклеточные организмы и трансфицируют клетки. Домовая мышь, тутовый шелкопряд, картофель — вот далеко не полный список организмов, генетически модифицированных для производства данного белка.

В реакции, катализируемой люциферазой, свет испускается только в том случае, если люцифераза взаимодействует со специфическим люцифериновым субстратом. фотона может быть детектирована специальной светочувствительной аппаратурой, например, фотометром или модифицированным оптическим микроскопом .

В биологических исследованиях гены, кодирующие люциферазу, используются, в основном, в качестве репортёрных . Они позволяют оценить транскрипционную активность в клетках, трансфицированных с помощью генетических конструкций, включающих в себя ген люциферазы, который находится под контролем промотора исследуемого гена. Также люцифераза может использоваться для оценки уровня АТФ в клетках, что позволяет проверять жизнеспособность клетки или активность её киназ . Дополнительно пролюменисцентные молекулы, которые превращаются в люциферин под действием специфических ферментов, могут использоваться для оценки ферментативной активности в сцепленном или двухступенчатом анализе. В частности, такие субстраты используются для анализа активности каспаз и цитохрома P450 .

Томография целого организма (томография in vivo или, изредка, ex vivo томография) — это удобная технология, которая позволяет изучать клеточные популяции в живых животных, например, мышах. Различные типы клеток (например, стволовые клетки костного мозга, Т-клетки ) можно генетически модифицировать для синтеза люцифераз, что позволяет неинвазивно визуализировать их внутри живых животных, используя высокочувствительные приборы с зарядной связью ( ПЗС-матрицы ). Данная технология используется для изучения онкогенеза и изучения эффективности противоопухолевых препаратов на модельных животных. Тем не менее, внешние факторы и терапевтическое вмешательство могут стать причиной значительных расхождений между развитием опухоли и биолюминесцентной интенсивностью в связи с изменением в пролиферативной активности. Интенсивность сигнала при томографии in vivo зависит от различных факторов, таких как абсорбция D-люциферина в брюшной полостии крови, проницаемости клеточных мембран , доступности ко-факторов , pH внутри клетки ^{[ источник не указан 4344 дня ]} .

См. также

• Люциферин
• Светляки

Примечания

Ссылки