Luciferáza

Luciferáza  je obecný termín pro třídu oxidačních enzymů , které katalyzují reakci doprovázenou emisí světla, bioluminiscenci . Nejznámější je luciferáza světlušky ( EC 1.13.12.7), konkrétně světluška Photinus pyralis [1] . V biologii je luciferáza široce používána jako laboratorní činidlo, obvykle z tohoto druhu. Název enzymu, stejně jako jeho substrát luciferin , pochází ze slova Lucifer ("světlonos").

Reakce

Při luminiscenčních reakcích vzniká světlo oxidací luciferinu. Celkový pohled na probíhající reakci:

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

Typicky je reakčním produktem C02 . Bez luciferázy je rychlost reakce mezi luciferinem a kyslíkem extrémně nízká, ale je značně urychlena ( katalyzována ) enzymem. V některých případech vyžaduje enzymatická reakce jako kofaktor vápník nebo ATP [2] .

Reakce, katalyzovaná luciferázou světlušek , probíhá ve dvou krocích:

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

Světlo vzniká, když oxyluciferin přechází z excitovaného stavu do základního stavu. Současně je oxyluciferin navázán na molekulu enzymu a v závislosti na hydrofobnosti mikroprostředí excitovaného oxyluciferinu se emitované světlo mění u různých druhů světlušek od žlutozelené (s hydrofobnějším mikroprostředím) po červené (s méně hydrofobní). Faktem je, že při polárním mikroprostředí se část energie rozptýlí. Luciferázy z různých světlušek generují bioluminiscenci s vrcholy od 548 do 620 nm. Obecně je energetická účinnost reakce velmi vysoká: téměř veškerá energie reakce se přemění na světlo, aniž by se uvolnilo teplo.

Aplikace

Luciferáza může být syntetizována v laboratořích pro různé účely. Geny kódující luciferázu jsou široce používány v genetickém inženýrství : jsou uměle syntetizovány a vloženy do jednobuněčných organismů a buňky jsou transfekovány. Domácí myši, bource morušového, brambory – to není úplný seznam organismů geneticky modifikovaných k produkci tohoto proteinu.

Při reakci katalyzované luciferázou je světlo emitováno pouze v případě, že luciferáza interaguje se specifickým luciferinovým substrátem. Emise fotonu může být detekována speciálním zařízením citlivým na světlo, jako je fotometr nebo upravený optický mikroskop .

V biologickém výzkumu se geny kódující luciferázu používají hlavně jako reportérové ​​geny . Umožňují vyhodnotit transkripční aktivitu v buňkách transfekovaných genetickými konstrukty, které zahrnují gen luciferázy, který je pod kontrolou promotoru studovaného genu. Také luciferázu lze použít k posouzení hladiny ATP v buňkách, což vám umožní zkontrolovat životaschopnost buňky nebo aktivitu jejích kináz . Kromě toho proluminiscenční molekuly, které jsou konvertovány na luciferin působením specifických enzymů, mohou být použity k hodnocení enzymatické aktivity ve spojeném nebo dvoukrokovém testu. Tyto substráty se používají zejména k analýze aktivity kaspáz a cytochromu P450 .

Celotělová tomografie (in vivo tomografie nebo příležitostně ex vivo tomografie) je vhodná technologie, která umožňuje studium buněčných populací u živých zvířat, jako jsou myši. Různé typy buněk (např. kmenové buňky kostní dřeně , T buňky ) mohou být geneticky modifikovány tak, aby syntetizovaly luciferázy, což jim umožňuje neinvazivní vizualizaci uvnitř živých zvířat pomocí vysoce citlivých zařízení s nábojovou vazbou ( CCD pole ). Tato technologie se používá ke studiu onkogeneze a ke studiu účinnosti protirakovinných léků na modelových zvířatech. Environmentální faktory a terapeutická intervence však mohou způsobit významné nesrovnalosti mezi vývojem nádoru a intenzitou bioluminiscence v důsledku změn v proliferační aktivitě. Intenzita signálu během in vivo tomografie závisí na různých faktorech, jako je absorpce D-luciferinu v břišní dutině a krvi, permeabilita buněčných membrán , dostupnost kofaktorů , pH uvnitř buňky .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Gould SJ, Subramani S. Světluška luciferáza jako nástroj v molekulární a buněčné biologii   // Anal . Biochem. : deník. - 1988. - Listopad ( roč. 175 , č. 1 ). - str. 5-13 . - doi : 10.1016/0003-2697(88)90353-3 . — PMID 3072883 .
  2. ↑ EC 1.13.12.5 (nedostupný odkaz) . Nomenklatura enzymů IUBMB . Nomenklaturní výbor Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie (NC-IUBMB). Získáno 2. října 2008. Archivováno z originálu 5. dubna 2012. 

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie