Luciferiner

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
En ildflue av arten Lampyris noctiluca , som genererer lys gjennom en biokjemisk reaksjon ved hjelp av et artsspesifikt luciferin.

Luciferiner (avledet fra latin lucifer , `` bringe lys '' ) er forskjellige naturlige stoffer som brukes i forskjellige bioluminescerende organismer for å generere lys. Ved katalytisk aktivitet av det tilsvarende luciferase - enzymet for å reagere med oksygen ( oksidasjon ). Under endringen, for det meste splittelse av undergrupper på luciferin, blir energi gitt ut i form av lys . Både luciferiner og luciferases er arter eller taxonspesifikke , det vil si karakteristiske for hver gruppe levende vesener.

historie

Allerede på 1600-tallet observerte Robert Boyle at hvert bioluminescerende system trengte oksygen.

På begynnelsen av 1700-tallet observerte René Réaumur at pulver av tørkede og malte bioluminescerende organismer lyser når det tilsettes vann. De første rapportene om eksperimentelt arbeid med luciferin-luciferasesystemer går tilbake til franske Raphael Dubois . I 1885, mens han arbeidet med ildfluer , oppdaget han at et stoff ble konsumert i en lysemitterende reaksjon. Ved å gjøre det ekstraherte han stoffer fra forskjellige organismer som produserer biologisk lys, som er årsaken til gløden og ikke blir ødelagt av varme, og han kalte dem luciferin . Han kalte luciferase, en annen komponent som kreves for belysning som er varmelabil . I dag er det kjent at en taxon-spesifikk luciferase er enzymet som omdanner det assosierte taxon-specific luciferin. Ved å blande luciferin med luciferase i nærvær av oksygen , var Dubois i stand til å etterligne naturlig bioluminescens .

De neste undersøkelsene ble utført av Edmund Newton Harvey tidlig på 1900-tallet. Han fant at det er en spesifisitet i hvert luciferin-luciferasesystem. Luciferiner av en art kan ikke omdannes av luciferase fra en annen art. Store fremskritt innen strukturoppklaring ble gjort fra 1950-tallet av Nobelprisvinneren Osamu Shimomura .

eiendommer

Bioluminescerende systemer er ikke bevart evolusjonært; luciferasene deler ikke noen sekvenshomologi . Luciferases forekommer i 17 forskjellige stammer og minst 700 hovedsakelig marine slekter . Tilsynelatende ble de ofte " oppfunnet "; fylogenetiske studier indikerte at luciferin-luciferasesystemer har mer enn 30 uavhengige opprinnelser. Fargespekteret som sendes ut er mellom blått og rødt lys (400 til 700 nm), med blåtoner som de vanligste, mens røde farger sjelden observeres. Dette forklares med det faktum at de fleste bioluminescerende organismer finnes i havet og blått lys trenger inn i vannet lengst.

definisjon

I henhold til den klassiske definisjonen er luciferin bundet til luciferase lysemitteren. Luciferasen omdanner luciferin mens den konsumerer oksygen; noen ganger er det også nødvendig med kofaktorer som ATP eller ioner for dette. Oksidert luciferin er i utgangspunktet i en overgangstilstand I og når deretter - ofte etter dekarboksylering og ytterligere mellomtrinn - en elektronisk eksitert tilstand P *. Etter veldig kort tid (noen få nanosekunder) faller dette tilbake i grunntilstand P og avgir et lyskvantum i løpet av denne tiden . Normalt er de konverterte luciferinene også fluoroforer , siden de kan komme i en opphisset tilstand ved å bestråle lys.

Luciferiner (L) omdannes av luciferer med forbruk av oksygen, med et mellomtrinn I som til slutt skaper et molekyl i en elektronisk eksitert tilstand P * . Etter en kort levetid sendes et foton ut og grunntilstanden P nås.

Prinsipper

Fra et biokjemisk synspunkt kreves det mye energi for å komme inn i den eksiterte tilstanden P *. Utslippet av fotoner med en bølgelengde på 500 nm (grønn, energi ca. 2  eV / foton) krever ca 250 kJ / mol - til sammenligning: hydrolyse av ATP til ADP og fosfat frigjør ca. 30 kJ / mol. I tillegg kan energien bare frigjøres i ett trinn. Energien tilføres molekylært oksygen når den relativt svake dobbeltbindingen brytes og en sterkere binding (f.eks. I CO 2 , 300 kJ / mol mer stabil) dannes.

Det vanligste prinsippet er dannelsen av en firleddet ring, en dioksetan eller dioksetanon (α-peroksylakton). Etter at dekarboksyleringen har funnet sted , dannes den elektronisk eksiterte tilstanden.

En dioksetanon er ustabil og brytes ned ved eliminering av CO 2 . Dette skaper et keton i en elektronisk eksitert tilstand.

Noen ganger samsvarer ikke fluorescensen med det som forventes, for eksempel i studier in vitro (i et prøverør). Det er forskjellige grunner til dette. For eksempel avgir luciferiner bundet til enzymer annerledes når de oksyderes enn frie luciferiner når de blir begeistret av lys. Noen ganger overføres energien til en annen fluorofor, som det for eksempel skjer med Aequorin til GFP i Aequorea victoria .

Kvantumutbytte

Hvorvidt omdannelsen av en luciferin av den tilsvarende luciferase er effektiv bestemmes av kvanteutbyttet . Kvanteutbyttet er antall lyskvanta som sendes ut per konvertert luciferinmolekyl. Et kvanteutbytte på 1 vil bety at for hvert konverterte luciferinmolekyl frigjøres et lett kvantum. Det høyeste kvanteutbyttet Q hittil ble funnet for ildflue luciferin fra Photinus pyralis med Q = 0,41.

Luciferin-arter

Luciferin-luciferasesystemer finnes i mange typer. Det er fire hovedklasser av luciferin-luciferase-systemer der luciferin omdannes til en elektronisk eksitert tilstand etter omdannelse av en luciferase og dermed blir den faktiske lysemitteren.

Firefly luciferin, en benzotiazol

En ildflue av arten Lampyris noctiluca
Photinus pyralis i flukt

Bioluminescerende insekter er representert i de fire ordenene Collembola , Hemiptera , Coleoptera og Diptera . Imidlertid ble bare bioluminescenssystemene fra organismer av de to sistnevnte ordrene undersøkt. I Coleoptera (biller) kan representanter fra tre familier produsere lys: Phengodidae ( fjærfluer ), Elateridae ( klikkbiller ) og Lampyridae ( ildfluer ).

Den amerikanske ildfluen Photinus pyralis ( engelsk ildflue ) tilhører familien Lampyridae . Det har allerede blitt brukt av Dubois for sine studier på luciferine luciferases (se ovenfor). Vitenskapelige første undersøkelser av bioluminescensreaksjonen i P. pyralis ble initiert i 1917 av Harvey. I mellomtiden har dette luciferin-luciferasesystemet vært best studert og presenteres nedenfor.

Bioluminescerende reaksjon

Strukturformel av D luciferin fra ildfluer av typen Photinus pyralis . Det forkortes også som LH 2 i det følgende .

For reaksjonen omdanner en luciferase substratet D- luciferin (LH 2 ), en benzotiazol , med forbruk av oksygen (O 2 ). Arbeidet til William D. McElroy på slutten av 1940-tallet viste at ATP og magnesiumioner kreves som medfaktorer for reaksjonen :

ATP konverteres til AMP og pyrofosfat (PP i ) og et lyskvantum (h ν ) sendes ut.

Sammenlignet med luciferiner fra andre systemer (se nedenfor) er luciferin fra ildfluer en relativt stabil forbindelse. Smeltepunktet er 205-210 ° C. Dens molare utryddelseskoeffisient ved 328 nm er ε  = 18.200 M -1 cm -1 . Dette luciferin fluorescerer og viser et utslippsmaksimum ved λ max  = 537 nm.

Firefly luciferase ( EC  1.13.12.7 ) har en molekylvekt på ca. 60–62  kDa , i P. pyralis nøyaktig 61 kDa, og består av 550 aminosyrer. Det katalyserer oksidativ dekarboksylering av luciferin til oksyluciferin (oxy-L, se også figuren nedenfor, ramme). Reaksjonen finner sted i peroksisomene til de lette organcellene. Den struktur av den P. pyralis luciferase ble vist for første gang i 1956 med en oppløsning på 200  pm . For denne analysen ble et stort antall ildfluer samlet av hjelpsomme barn, som mottok en centbelønning for hvert eksemplar som ble levert.

Uten et bundet substrat er luciferase i en åpen konformasjon; en stor N-terminal og et lite C-terminalområde danner et dypt spor. Når underlaget er bundet, fører en endring i konformasjon til at furen stenges. På midten av 1980-tallet ble luciferase vellykket innlemmet i genomet til E. coli- bakterien og uttrykt der. Luciferases fra ildfluer av Lampyridae- familien har en veldig lignende struktur. Forskjellene bestemmer imidlertid fargen på lyset som sendes ut. Avhengig av type er utslippsmaksimum λ max for det frigitte lyset mellom 530 nm (grønt) og 635 nm ( rødt ).

Reaksjonen forløper best in vitro ved en pH på 7,8 og ved en temperatur på 23-25 ​​° C. In vivo er fargen på det sendte lyset gulgrønt til gult (552-582 nm). I laboratoriet viser reaksjonen et bredere utvalg av farger. I et surt miljø ser lyset ut som rødlig (615 nm), i et nøytralt miljø ser det ut som grønt-gult.

Reaksjonsmekanisme

Reaksjonmekanisme for luciferinreaksjonen (forklaringer i teksten)

Den eksakte reaksjonsmekanismen er kjent. D- luciferin adenyleres først ved karboksygruppen av ATP , med pyrofosfat som frigjøres som en forlatende gruppe ( 1 , se figur). Gjennom denne aktiveringen kan protonet ved C4-atomet trekkes fra, det dannes et karbanion ( 2 ). Luciferin kan deretter oksygeneres ved C4-atomet, det dannes et lineært hydroperoksid ( 3 ). Dette danner en dioxetanonring ( 4 ) med eliminering av AMP . Etter dekarboksylering dannes oksyluciferin fra den, som kan være til stede enten som en monoanion ( ketoform , 5 ) eller en dianion (enolform). I begge tilfeller er oksyluciferinet i en energisk eksitert tilstand. Den går tilbake til sin grunnleggende tilstand ved å slippe et foton (rødt lys eller gulgrønt lys). Oksyluciferinet i seg selv har ennå ikke blitt isolert i sin rene form fordi det er ekstremt ustabilt.

Reaksjonsmekanismen med dannelsen av en dioksetanon ble bevist uten tvil av Shimomuras arbeid på slutten av 1970-tallet. Isotop-merkede 18 O ble anvendt i reaksjonen (H 2 18 O eller 18 O 2 ). Resultatene av dette arbeidet erstattet den tidligere postulerte hypotesen om at oksyluciferin dannes ved lineær bindingsspaltning. Hvis dette virkelig skjedde, ville det frigjorte karbondioksidet inneholde et oksygenatom som kommer fra vann. Faktisk kommer det fra oksygenet.

Lyseffektiviteten til denne reaksjonen er høy fordi kvanteffektiviteten Q er 0,41 ved en pH på 8,5.

syntese

To foreslåtte mekanismer for regenerering av D- luciferin fra oksyluciferin, basert på dannelsen av ... Forkortelser: LH 2 luciferin; HS-CoA- koenzym A ; 2C6HB 2-cyano-6-hydroksybenzotiazol; L oksyluciferin; Cys cystein ; TGA merkaptoeddiksyre .

Hvordan insekter - eller mikrobielle symbionter - produserer luciferin, er ikke klart forstått. Det er kjent at D- luciferin ikke absorberes direkte av billen (bortsett fra kvinnelige biller av Photuris- slekten , som spiser mannlige ildfluer av Photinus- slekten ).

To grunnleggende syntetiske ruter er diskutert i litteraturen:

  • En mulighet er å resirkulere oksyluciferin produsert etter lysreaksjonen tilbake til luciferin. Nøkkelkomponenten er at oksyluciferin først blir omdannet til 2-cyano-6-hydroksybenzotiazol (2C6HB), som oppnås ved det luciferinregenererende enzymet (LRE), f.eks. B. i Photinus pyralis , katalyseres. 2C6HB kondenserer deretter med et D - cystein for å danne D- luciferin. Denne kondensasjonsreaksjonen brukes også i den kjemiske syntesen av luciferin (se figur til høyre). En alternativ rute via 2C6HB antar at dette opprinnelig danner L- luciferin med L- cystein . Deretter rasemiseres den til D- luciferin via mellomtrinn (se også figur til venstre).
Begge mulighetene for disse biosyntetiske banene via 2C6HB har fortsatt noen problemer:
Det luciferin-regenererende enzymet blir ikke overprodusert i de lysproduserende organene til bioluminescerende biller. Siden oksyluciferin er ustabil i vandige løsninger, må man forvente å finne LRE i større mengder der. I tillegg kan den reaktive 2C6HB ikke bare reagere med cystein, men også med andre metabolitter. Det er heller ikke klart hvor for eksempel D- cystein kommer fra og hvordan en diskriminering mellom L- cystein og D- cystein kan gjøres. Fra L- cystein reagerer 2C6HB også på L- luciferin. Selv om dette kan ta opp luciferase som et substrat, hemmer det lysreaksjonen. I tillegg har det ennå ikke vært mulig å verifisere enzymet som katalyserer racemiseringen.
Det er også uklart hvordan billene (eller symbiontene) kan produsere benzotiazolener.
Foreslått biosyntetisk vei for luciferin fra L. lateralis . Hvor C-atomene til det første innebygde L- cysteinet befinner seg, er fremhevet i farger.
  • I tilfelle av den japanske ildfluen Luciola lateralis viste merkingseksperimenter at den voksne billen syntetiserer luciferin fra hydrokinon eller 1,4-benzokinon . L- cystein er festet to ganger til 1,4-benzokinon , slik at det danner D- eller L-formen av luciferin. Racemeriseringen av L- til D-formen blir fortsatt undersøkt. Siden 1,4-benzokinon er giftig i høye konsentrasjoner, frigjøres det bare kort tid før syntese. For dette formål forskerne antyder at glukosidet arbutin gir hydrokinon som et depot forbindelse, som deretter oksyderes til 1,4-benzokinon.

Evolusjonær opprinnelse

De foretrukne konformasjonene av arakidonsyre (øverst) og luciferin fra ildfluer (nederst) viser likheter. Begge blir omdannet med koenzym A av luciferase.

Det er mulig at luciferin-luciferase-reaksjonen i ildfluer utviklet seg fra en helt annen biologisk funksjon. Det antas at luciferin-molekylet dukket opp i et senere evolusjonært utfall og førte til en lysreaksjon. Dette understøttes av det faktum at luciferase også effektivt kan kondensere koenzym A på luciferinmolekylet og dermed oppfyller funksjonen til en klassisk fettsyre CoA-ligase . I denne sammenheng kan luciferase også bruke fettsyrer som arakidonsyre , som deler lignende strukturelle egenskaper med luciferin.

På grunn av denne ekstra katalytiske egenskapen, kunne den opprinnelige luciferase ha vært en fettsyre CoA-ligase. Forekomsten av luciferin og den tilhørende lysreaksjonen resulterte i en seleksjonsfordel: adenyleringsreaksjonen hadde rådet over tid. Denne oppgaven ble demonstrert ved bruk av den ikke-selvlysende melormen Tenebrio molitor . Dette har ikke luciferin, men fettsyre CoA-ligaser. Interessant, en lett reaksjon kan også observeres der ved å tilsette luciferin. Men uten å vite hvordan firefly luciferin biosyntetiseres, er en mer detaljert evolusjonær analyse vanskelig.

Sekvenssammenligninger antyder at den felles forfaren til alle ildfluer (Lampyridae) for rundt 100 millioner år siden midt i krittiden, også var bioluminescerende og kunne avgi grønt lys. For rundt 70 millioner år siden ble luciferase- genet duplisert , noe som resulterte i type 1 og 2 luciferase. I løpet av tiden fulgte en oppgavefordeling: Mens Luc1-typen luciferase er ansvarlig for gløden på magen til ildfluer (i lyscellene, de såkalte "lanternene") i larven, puppen og voksen trinn, gjør Luc2 det mulig for Luciferase-typen å produsere bioluminescens i eggene og kroppen til puppen. Formålet med bioluminescens fra den siste felles forfedre på den tiden var sannsynligvis en form for aposematisme , etter gendobling kunne noen arter utvide dette for kompleks seksuell kommunikasjon (f.eks. P. pyralis og Luciola parvula). Dette skiftet gløden til gul.

Luminescens fra andre insekter

Arachnocampa luminosa bioluminescens i en hule i New Zealand .

Firefly luciferin forekommer også i selvlysende insekter av de to andre familiene Phenogodidae og Elateroidae . Bioluminescens systemet fra fjær Ildfluer (f.eks Phrixothrix, engelsk jernbane orm ) eller klikk biller (f.eks den ildflue Pyrophorus noctilucus ) er nesten identisk med den fra Ildfluer . I fjærfjærene er det bare larver som viser bioluminescens, de voksne ikke.

I motsetning til dette, selvlysende Diptera ( Diptera ) ( Arachnocampa eller Orfelia ) ikke til felles med luciferin fra ildfluer. 59 kDa-luciferasen fra Arachnocampa luminosa tilhører den samme proteinfamilien som fireflyen (31% sekvensidentitet), men kan ikke konvertere firefly luciferin. Dette luciferase-luciferinsystemet konverterer et kinolinlignende luciferin til en ATP, Mg 2+ og oksygenavhengig reaksjon . Lyset som sendes ut av larvene til den nordamerikanske soppmyggen ( Orfelia fultoni ) er den blåeste (λ max = 460 nm) som genereres av insekter. Disse bor for eksempel i Waitomo-hulene .

Dehydroluciferin

In vitro Det har vist seg at enzym-bundet, adenylated D- luciferin ( D -LH 2 · AMP) kan også omdannes i et mørkt reaksjon. Dette reagerer med oksygen og danner hydrogenperoksid og dehydroluciferin (L · AMP). Sistnevnte kan frigjøres fra luciferase ved hjelp av pyrofosfat, og derved produsere ATP.

L · AMP er en sterk hemmer av luciferase. Det er ikke kjent om dannelsen av dehydroluciferin også skjer under fysiologiske forhold. I det minste den resulterende hydrogenperoksid (H 2 O 2 ) i de peroxisomes kunne detoksifiseres raskt.

Tetrapyrrol, luciferin av dinoflagellater og Euphausiidae

Luciferin i denne gruppen tilsvarer den kjemiske strukturen til en lineær, åpen tetrapyrrol og finnes blant andre i dinoflagellater ( Noctiluca , Gonyaulax , Pyrocystis ). Sjølys , som tidligere ble referert til feil som fosforesens , kan i stor grad spores tilbake til disse encellede alger. Undersøkelsene av luciferin-luciferasesystemet begynte på slutten av 1950-tallet på dinoflagellatet Lingulodinium polyedrum (synonym: Gonyaulax polyedra ) gjennom arbeidet med J. Woodland Hastings og medarbeidere.

Luciferin fra dinoflagellater (R = H) eller fra Euphausiidae (R = OH). Det er henholdsvis en komponent F.

For lysutslipp er ved siden av luciferin og et tilsvarende, omtrent 135 kDa luciferase (LCF), er et såkalt luciferin-bindende protein ( engelsk luciferin-binding protein , LBP) nødvendig. LBD er en homodimer , en underenhet er 72 kDa. Luciferin i denne familien er ekstremt ustabil ved lave pH-verdier (<pH 4), høye salt og til og med lave oksygenkonsentrasjoner. Det kunne vises at LBD binder til dinoflagellat-luciferin ved pH 8,0, men ikke ved pH 6,3. Dette er ment å beskytte substratet til reaksjonen skjer, noe som skjer best ved pH 6,3, spesielt siden luciferase er inaktiv i et litt alkalisk miljø (pH 8,0). For omdannelsen av luciferin med oksygen er det blitt antydet at dette skjer via flere mellomtrinn via radikaler. Selve reaksjonen finner sted i spesielle organeller , de såkalte scintillons . Disse er i gjennomsnitt 0,4 µM i størrelse og inneholder hovedsakelig luciferases, luciferiner og LBPs. Lyset som oppstår under denne reaksjonen virker blågrønt (eksitasjonsmaksimum ved λ max = 390 nm, utslippsmaksimum ved ca. Λ max = 470 nm). Et enzymbundet mellomprodukt av luciferin som skal omdannes, fungerer som lysemitter.

Dinoflagellat luciferin bioluminescerende reaksjon. I den såkalte "lysreaksjonen" (nedenfor) frigjøres lys etter oksidasjon (λ max ≈ 470 nm). Imidlertid, gjennom auto-oksidasjon, kan en såkalt "mørk reaksjon" (ovenfor) finne sted selv uten luciferase, der det ikke sendes ut noe lyskvantum.
Bioluminescens fra Euphausia superba , Antarktisk krill.

Det er ennå ikke avklart om luciferin er avledet fra klorofyll a på grunn av dets forhold til klorofyll a, eller om det først må bygges gradvis opp av flere aminosyrer ( glycin og glutaminsyre ). Det er også paradoksalt at oksy-luciferin produsert i lysreaksjonen ikke er en fluorofor.

Komponent F i krill

En luciferin med nesten identisk struktur ble også funnet i selvlysende Euphausiidae ( krill ), f.eks. B. Meganyctiphanes norvegica eller Euphausia pacifica . Der blir det referert til som komponent F , som inntas gjennom mat. Reaksjonsmekanismen tilsvarer dinoflagellatene.

Flavin, en bakteriell luciferin

Bakteriell luciferin, et redusert flavinmononukleotid (riboflavin-5-fosfat).

Selvlysende bakterier bruker redusert flavinmononukleotid (FMNH 2 , som også er kjent som riboflavin-5-fosfat) for en lysemitterende reaksjon. De forekommer enten - sjeldnere - terrestrisk ( Vibrio , Xenorhabdus , Photorhabdus ) eller fritt lever i sjøen ( Beneckea , Vibrio ) eller symbiotisk eller parasittisk i eller på andre dyr. De er ansvarlige for bioluminescensen til mange glødende havfisk , der de holdes som symbionter i spesielle lysorganer ( photobacterium ). Tross alt kan bioluminescerende bakterier også bli funnet i næringssyklusen: i havdypet holder de seg til avføringen som tiltrekker fisk gjennom bioluminescensen til disse bakteriene. Etter inntak finner de bedre forhold for å overleve i fisketarmen. De bioluminescerende bakteriene som hittil er identifisert, er alle gramnegative , stavformede, mobile og fakultativt anaerobe. En velkjent bakterie med bioluminescerende egenskaper er for eksempel Aliivibrio fischeri . Bioluminescerende bakterier er identifisert i familiene Vibrionaceae , Shewanellaceae og Enterobacteriaceae , og der under slektene Vibrio , Photobacterium , Aliivibrio , Photorhabdus og Shewanella .

Studien av bakteriell bioluminescens førte til spesielle fremskritt på 1950-tallet. Forskerne Milton J. Cormier og Bernard L. Strehler fant ut at fire faktorer er nødvendige for bioluminescensreaksjonen: I tillegg til FMNH 2 kreves det en luciferase, molekylært oksygen og et langkjedet aldehyd av et mettet hydrokarbon . Aldehydet, heksadekanal , var kjent som " nyrebarkfaktoren " før det ble kjemisk identifisert fordi aldehydet ble isolert fra binyrene i svin . Andre aldehyder kan også brukes til lysreaksjonen , for eksempel dekanal eller dodekanal . Følgende tabell viser sammensetningen fra 40 g isolerte bakterier. Det antas at hovedsakelig tetradekanal er implementert.

aldehyd P. phosphoreum A. fischeri
10C atomer ( dekanal ) <1 nmol <1 nmol
11C-atomer <1 nmol <1 nmol
12C-atomer ( dodekanal ) 30 nmol 32 nmol
13C-atomer 6 nmol 2 nmol
14C-atomer ( tetradekanal ) 380 nmol 29 nmol
15C-atomer 6 nmol 6 nmol
16C atomer ( heksadekanal ) 180 nmol 18 nmol
17C-atomer <1 nmol 2 nmol
18C-atomer <1 nmol <1 nmol

FMNH 2 og aldehydet omdannes til FMN og en karboksylsyre , avhengig av oksygen , i henhold til (se også figur):

Denne reaksjonen katalyseres av en bakteriell luciferase, en flavinavhengig monooxygenase . Siden dette samtidig oksyderer aldehydet til karboksylsyren, er det en oksidase med en blandet funksjon. I alle selvlysende bakterier er luciferase en heterodimer med en størrelse på 76 ± 4  kDa . Den er sammensatt av en α- og β- protein-underenhet (henholdsvis 40–42 kDa og 37–39 kDa), som når de er separert viser nesten ingen aktivitet. Det katalytiske sentrum ligger sannsynligvis i α-underenheten. Β-underenheten er antagelig nødvendig for stabilitet, struktur og kvanteutbytte. Luciferasen er aktiv ved pH-verdier mellom 6,0–8,5 ( Photobacterium phosphorerum , A. fischeri ) eller 6,0–9,5 ( Benecka harveyi ), men ikke ved temperaturer over 30-35 ° C. En krystallstruktur av luciferase fra Vibrio harveyi ble løst med en oppløsning på 150  pm .

Konvertering av bakteriell luciferin (FMNH 2 ) ved bruk av tetradekanal, et langkjedet aldehyd. R: D- riboserest, som fosforyleres på 5'-karbonatomet.

FMNH 2 i fri løsning er ustabil og oksiderer lett. Når den er bundet til enzymer, øker dens stabilitet imidlertid og blir nukleofilt angrepet av oksygen i posisjon C4a . Dette skaper et 4a hydroperoksid , som er uvanlig stabilt. Dette reagerer med aldehydet og danner et peroksyhemiacetal, som til slutt brytes ned til en fettsyre og et 4a-hydroksyflavin. Sistnevnte er i en opphisset tilstand og går tilbake til sin grunnleggende tilstand når den avgir lys. Dette betyr at 4a-hydroksyflavinet er selve lysemitteren. I bakkestatus hydrolyseres dette til FMN.

Lysende organer fra havfisken Photostomias guernei (bak øyet).

I reaksjonen katalysert av luciferase sendes blågrønt lys ut, som in vitro har et emisjonsmaksimum på ca. Λ max = 490 nm. In vivo ble imidlertid bølgelengdemaksimum på 472 nm til 545 nm observert. Årsaken til dette er overføringen av eksitasjonsenergien til fluorescerende proteiner via FRET . To klasser av fluorescerende proteiner er identifisert: blå fluorescerende lumazinproteiner (LumPs) med lumazin som kromoforen ( P. phosphoreum , A. fischeri ). Alternativt danner de gule fluorescerende proteiner (YFP) andre klasse, som har FMN eller riboflavin som kromofor ( A. fischeri- stamme Y-1). Med LumPs, skifter utslipp maksimum fra 490 nm til 476 nm, med YFPs fra 484 nm til 534 nm. For energioverføring i henhold til FRET, må luciferin-luciferase kompleks være bundet til de respektive fluorescerende proteiner. Kvanteutbyttet er 0,10-0,16.

FMNH 2 for bioluminescensreaksjon erholdes fra riboflavin ( vitamin B2 ) ved en riboflavinkinase med forbruk av ATP . Etter reaksjonen regenereres imidlertid FMNH 2 fra FMN, som katalyserer en flavinreduktase med NAD (P) H-forbruk. Siden mengden av aldehyder som forekommer i bakteriecellen (se tabell ovenfor) bare er tilstrekkelig for en veldig kort bioluminescens, blir aldehyder kontinuerlig regenerert. Langkjedet aldehyd utvinnes fra fettsyren som dannes i reaksjonen, som katalyseres i det såkalte fettsyrereduktasekomplekset med forbruk av ATP og NAD (P) H.

Bioluminescensreaksjonen bruker mye energi, siden det kreves to molekyler NAD (P) H og ett molekyl ATP for å regenerere komponentene. Som et resultat må denne lysreaksjonen kontrolleres riktig. I tillegg har flavinreduktaser en høyere omsetningshastighet enn luciferase. Når aktivitet er ukontrollert, produseres for mye FMNH 2 . Den raske oksidasjonen (se ovenfor) vil derfor kaste bort mye NAD (P) H. Dette understreker behovet for regulering.

Lux-gener

Alle proteiner som har noe å gjøre med bioluminescensreaksjonen er kodet av såkalte luxgener (lat. Lux light). Underenhetene til luciferase er kodet av luxA- og luxB- genene, og sannsynligvis blir luxB- genet opprettet ved gen duplisering fra luxA- genet (30% sekvensidentitet). LuxA og LuxB har allerede blitt vellykket klonet som markører . Lux C, D og E-kode for fettsyrereduktasekomplekset, her lux C for en NADPH-avhengig acylproteinreduktase (ca. 54 kDa), lux D for en acyltransferase (ca. 33 kDa) og lux E for en acylproteinsyntetase (ca. 42 kDa).

De lux gener er lokalisert på et operon som er regulert av en enkelt promoter . Arrangementet av genene ( luxCDABE ) blant de bioluminescerende bakteriene er bevart. I tillegg har noen bioluminescerende bakterier et annet gen på lux- operonet, luxG , som koder for en flavinreduktase . Andre gener har blitt identifisert i lux- operonet eller i et naboperon ( luxR ), som f.eks B. luxF, ribEBHA eller luxI .

Luxgenene fra A. fischerii brukes til in vitro-eksperimenter .

Coelenterazine, den kjemiske komponenten som er vanlig for mange marine bioluminescerende organismer

Strukturell formel for coelenterazin .

Luciferin coelenterazine ble oppdaget gjennom arbeidet til Milton J. Cormier på sjøen fjær arter Renilla reniformis og Frank H. Johnson på maneter A. victoria . Dette er meget utbredt blant bioluminescerende marine organismer, for eksempel blant medlemmer av de cnidariaene ( Cnidaria ), ribbe manet ( Ribbemaneter ), bløtdyr ( Molusca ), leddyr ( Arthropoda ) og chordatar ( Chordata ). Coelenteratzine er ikke blitt oppdaget i terrestriske organismer eller annelider ( Annelida ). Noen ganger er de også finnes i små mengder i ikke-selvlysende organismer, som for eksempel brann svamp Microcina prolifera . Dette inneholder heller ikke noen luciferase.

Coelenterazine har en basisk aminopyrazinstruktur og er til stede som en lysemitterende komponent som bona fide luciferin. Ofte er det også bundet som en kromofor i fotoproteiner som B. Aequorin , Obelin eller Symplectin . Coelenterazinderivater brukes også av mange marine organismer.

Generell omdannelse av et coelenterazin av en tilsvarende luciferase til et coelenteramid.

Umodifisert, coelenterazin er neppe stabil i nøytrale vandige løsninger, der det lett oksyderes av atmosfærisk oksygen. Det er mer stabilt i metanol. Der fluorescerer den gulaktig ( ε = 9800 M −1 · cm −1 , λ max = 435 nm). Generelt reagerer coelenteraziner med oksygen for å danne coelenteramider. Dekarboksylering skjer, og anionet til et coelenteramid dannes. Dette er også lysutsenderen, slik at generelt blått lys sendes ut. Denne reaksjonen kan biokatalyseres (bioluminescens), men foregår også spontant ( chemiluminescence ). Den bioluminescerende responsen er forklart i følgende avsnitt.

mekanisme

Mekanisme for aequorin bioluminescens.

I 1962 ble fotoprotein- aequorin isolert fra Aequorea victoria, og i 1974 ble coelenterazin identifisert som luciferin. Hvordan de biokjemiske mekanismene for luciferin-luciferasesystemet med imidazolpryaziner nå foregår ble vist i 2000 ved bruk av A. victoria . Aequorin spiller en viktig rolle her. Aequorin er et lite fotoprotein og ligger på kanten av skjermen i maneten. Med Aequorin er luciferin ( coelenterazin ) allerede koblet til proteindelen med en peroksidbro. Som et resultat av den fotoprotein bærer allerede oksydasjonsmidlet O 2 med den. I enzymbundet form kan coelenterazin også lagres over lengre tid. Aequorin har tre bindingssteder for kalsiumioner. Når kalsiumioner binder seg til det, endres konformasjonen av proteinet på en slik måte at en intramolekylær reaksjon med coelenterazin utløses. Dette reagerer opprinnelig og danner en ustabil dioksetonring, slik at anion av coelenteramid endelig dannes etter splitting av CO 2 . Etter avslapping inn i grunntilstanden, en lyskvant med en bølgelengde av λ max er = 465 nm slippes ut. På grunn av denne blå gløden er proteinet også kjent som det blå fluorescerende proteinet (BFP). Fotoproteinet regenereres til slutt i nærvær av coelenterazin og molekylært oksygen.

Aequorea victoria lyser ikke blått, men grønt. Dette er fordi det blå fluorescerende proteinet overfører energien til bioluminescensreaksjonen uten stråling til det såkalte grønne fluorescerende proteinet ( GFP ).

Watasenia luciferin

Den bioluminescerende dypvannsblekksprut Watasenia scintillans ble først beskrevet i 1905 (på den tiden fremdeles som Abraliopsis scintillans ). Han har mange fotoforer over hele kroppen, som lyser blålig som en stjernehimmel. En modifisert coelenterazine er nødvendig for bioluminescensreaksjonen. Dette er et disulfat av coelenterazin og ble isolert fra leveren til blekkspruten i 1976. Det er kjent som Watasenia luciferin. I nøytrale vandige oppløsninger er den ustabil og har en tendens til å oksidere automatisk ( kjemiluminescens ), noe som spesielt induseres av nærvær av hydrogenperoksid og jern (II) ioner. Luciferin er sterkt fluorescerende i vandige oppløsninger (λ max = 400 nm).

Watasenia luciferin omdannes av en ennå ikke isolert, membranbundet luciferase, som et resultat av at blått lys sendes ut (λ max = 470 nm). Reaksjonen har en optimal pH på 8,8 og en optimal temperatur på 5 ° C og krever i tillegg til molekylært oksygen ATP og Mg 2+ . Kvanteutbyttet er 0,36. For reaksjonsmekanismen er det blitt foreslått at luciferin adenyleres ved hjelp av ATP slik at det kan binde seg til luciferase. Det videre løpet av reaksjonen inkluderer dannelsen av en dioksetonring og til slutt den for coelenteramidanionet, som generelt vist ovenfor. Dette skaper lys mellom 400 og 580 nm (λ max = 470 nm).

Vargula luciferin

Luciferin fra
Vargula hilgendorfii består av en tryptofan ( A ), en arginin ( B ) og en isoleucinenhet ( C ). I litteraturen er det blitt antydet at det i stedet for "Cypridina-Luciferin" skal kalles enten "Cypridinid-Luciferin" eller "Vargula-Luciferin".

De musling krabber av den art Vargula hilgendorfii (også kjent som Cypridina hilgendorfii til 1962 ) utsondre en luminescerende væske inn i sjøvann hvis de føler seg truet. Biokjemiske studier av luciferase-luciferinsystemet i disse skalldyrene ble initiert av Harvey på begynnelsen av det 20. århundre. Det er nå nøye undersøkt.

Luciferin , vargulin , ble isolert i 1957 og identifisert som imidazolpryazinkomponent i 1966. Det er løselig i vann, metanol og alkoholholdige løsningsmidler. Vargulin har en gul farge i nøytrale oppløsninger og viser et absorpsjonsmaksimum i metanol ved λ max = 432 nm med en molar ekstinksjonskoeffisient på ε = 9000 M -1 * cm -1 . Det er også litt fluorescerende i vandige oppløsninger (eksitasjonsmaksimum ved λ max = 540 nm). Vargulin er veldig ustabil og oksyderes spesielt av atmosfærisk oksygen, men også av bly (IV) oksid . Lys kan også sendes ut, slik at en kjemiluminescerende reaksjon er tilstede her - spesielt i organiske løsningsmidler som diglyme .

I skalldyren omdannes vargulin til coelenteramid, oksyluciferin, ved en luciferase, med blått lys som frigjøres ( λ max = 463 nm). Luciferase er en 60-70 kDa monomer med 555 aminosyrer. Det inneholder mye cystein og er et surt protein ( isoelektrisk punkt 4,35).

Etioluciferin, et hydrolyseprodukt laget av vargulin. Imidlertid genereres ikke noe lys i prosessen.

Under bioluminescensreaksjonen er vargulin bundet til luciferase og oksygeneres ved C2-atomet. Dette skaper et peroksidanion som sykliserer for å danne dioksetanonringen. Dette dekarboksyleres spontant og danner anionet til coelenteramidet, som er i en eksitert tilstand. Etter at en lett kvante har blitt sendt ut, går den tilbake til sin grunnleggende tilstand og oksyluciferin frigjøres. Lysemitteren i reaksjonen er oksyluciferin bundet til luciferase. Kvanteutbyttet er avhengig av temperatur og pH og er Q = 0,30. Etioluciferin dannes også som en side-reaksjon i en grad på 10 til 15%, men det sendes ikke noe lys.

Allerede i 1966 ble det antatt at luciferin er sammensatt av L - arginin , L - isoleucin og L - tryptofan . Det er nå flere og flere indikasjoner på dette.

Dehydrocoelenterazine fra Symplectoteuthis oualaniensis

Dehydrocoelenterazine, som brukes som luciferin i noen blekksprut.

Symplectoteuthis oualaniensis (japansk navn Tobi-ika ) er enblekksprut som er utbredti Stillehavet og det indiske hav . Den første studien av dens bioluminescens ble publisert i 1981. Blekkspruten omdanner dehydrocoelenterazine gjennom et spesielt fotoprotein, som kalles " symplectin ". Som med andre fotoproteiner (aequorin, obelin), er den der som en kromofor kovalent bundet via et cystein. Lyset som sendes ut under konverteringen er blåaktig; forskjellige utslippsmaksimum λ max ble spesifisert (456 nm, 470 nm, 480 nm). Bundet dehydrocoelenterazine oksygeneres i C2-stilling, og etter bioluminescensreaksjonen dannes coelenteramid og apo "symplectin". Sistnevnte regenereres til "symplektin" av et molekyl dehydrocoelenterazine.

Den nært beslektede blekkspruten Symplectoteuthis luminosa (japansk navn Suji-ika ) viser også bioluminescens. De kjemiske komponentene som er involvert og mekanismen for bioluminescensreaksjonen ligner på S. oualaniensis . Store mengder dehydrocoelenterazine kan isoleres fra blekksprutens lever.

Bioluminescerende sopp

Herber dvergkule (
Panellus stypticus )
3-hydroksyhispidin, luciferin

Siden antikken er det kjent bioluminescerende sopp hvis fruktlegemer produserer en konstant glød. Bioluminesens ble generert i 1959 i mycelium av sopp Collybia velutipes og Armillaria mellea ved å kombinere kald og kokt ekstrakter med tillegg av NADPH.

I 2015 ble hispidin identifisert som en luciferin- forløper i soppen Pholiota squarrosa . Dette omdannes av en løselig NADP (H) -avhengig hydroksylase til luciferin 3-hydroksyhispidin (( E ) -6- (3,4-dihydroksystyryl) -3,4-dihydroksy-2H-pyran-2-on), i prosess O 2 og NADP (H) forbrukes. Luciferin som dannes på denne måten oksyderes av luciferase med oksygen, som avgir synlig lys. Isolering av det underliggende luciferin er vanskelig på grunn av ustabilitet. Det dannede oksy-luciferin er et derivat av koffeinsyre , som omdannes til koffeinsyre etter hydrolytisk spaltning av pyruvat og fungerer som et utgangsmateriale for syntesen av hispidin.

Minst 100 sopparter av ordenen Agaricales bruker den samme biokjemiske reaksjonen for å generere lys. Den økologiske betydningen er foreløpig ikke kjent, antagelig er det meningen at lyset skal tiltrekke seg insekter, som deretter sprer soppsporene.

Ved å sette inn gener fra en bioluminescerende sopp i plantegenomene ved hjelp av genredigering, kunne planter få til å skinne uavhengig og permanent lysere enn noen gang før i eksperimenter med bakteriener og nanopartikler.

Ikke-klassiske luciferin-luciferasesystemer

Latia Luciferin

Den luciferin funnet i New Zealand ferskvannssnegl ( Latia neritoides ) er en terpenoid aldehyd og er kjent som Latia luciferin. Luciferin er svært hydrofob , fettløselig og en fargeløs væske. Dens absorpsjonsmaksimum er λ max = 207 nm, den molare utryddelseskoeffisienten er 13.700 M −1 . Fordi det er ustabilt, kan det spontant hydrolysere til maursyre og et aldehyd. Imidlertid er sistnevnte ikke aktiv for bioluminescensreaksjonen. Hvis enol-formylgruppen erstattes av en enol-etergruppe, er heller ikke luciferin lenger aktiv.

Latia luciferin omdannes katalytisk til et keton ( oxy- luciferin), som katalyseres av en 173 kDa, fargeløs og ikke-fluorescerende luciferase ( EC  1.14.99.21 ). Det er en homoheksamer, de enkelte underenhetene er ca. 30 kDa store.

I tillegg til luciferin, luciferase og oksygen, kreves en kofaktor for reaksjonen, det 39 kDa lilla proteinet . Dette er rødt fluorescerende og ser ut til å være en slags aktivator for bioluminescensreaksjonen. Imidlertid er det ikke absolutt nødvendig for dette, da det kan erstattes av for eksempel ascorbat og NADH. Bioluminescensreaksjonen kan finne sted selv uten det lilla fargede proteinet. Reaksjonen skaper et oksidert luciferinmolekyl og to maursyremolekyler fra ett molekyl luciferin, oksygen og vann:

Dette frigjør lys, hvis utslippsmaksimum er λ max = 536 nm. Derfor er slimet til denne sneglen, som z. B. utskilt etter mekaniske stimuli, lysegrønn. Reaksjonseffektiviteten til denne bioluminescensreaksjonen er veldig lav, siden kvanteutbyttet Q er ca. 0,003 (25 ° C) eller 0,0068 (8 ° C). For å øke kvanteutbyttet kan NADH (0,25 mM) og askorbat (1 mM) tilsettes reaksjonen slik at den stiger til 0,009 (25 ° C). Dette skaper imidlertid andre reaksjonsprodukter, som er representert ved følgende ligning:

Hvorvidt en dioksetanring dannes som et mellomprodukt i reaksjonene, diskuteres fortsatt. I motsetning til oxy-luciferin i firefly, er den resulterende oxy-luciferin ikke en fluorofor. Det antas at energien som frigjøres under denne reaksjonen overføres til den faktiske emitteren, en proteinbundet flavin eller en flavinlignende gruppe.

Luciferin-reaksjon av luciferin fra Latia neritoides . Den reduserende komponenten X og den faktiske lyssenderen i reaksjonen må fortsatt identifiseres.

Luciferin fra Diplocardia longa

Luciferin av Diplocardia longa- ormen er et enkelt aldehyd, N -isovaleryl-3-aminopropanal. Dette er løselig i polære løsningsmidler ( metanol , etanol , aceton , metylacetat ), men ikke i ikke-polære løsningsmidler som heksan eller karbontetraklorid . Det spesielle med bioluminescensreaksjonen er det faktum at det kreves hydrogenperoksid i stedet for molekylært oksygen. Den tilsvarende luciferase, et omtrent 300 kD, sterkt asymmetrisk enzym, konverterer deretter den aktiverte formen, et peroksydaddukt. Luciferase trenger sannsynligvis kobber, blågrønt lys sendes ut (λ max = 507 nm). Det er imidlertid ikke kjent hvilket formål bioluminescens kan ha i ormer generelt. Også her må den faktiske emitteren av bioluminescensreaksjonen fortsatt identifiseres.

Kvanteutbyttet av denne reaksjonen er veldig lavt med Q = 0,002.

I motsetning til de fleste luciferiner blir luciferin av Diplocardia longa- ormen oksidert ved hjelp av hydrogenperoksid og deretter omdannet av luciferase i fravær eller nærvær av oksygen.

Luciferin fra Fridericia heliota

Struktur av luciferin fra Fridericia heliota . Denne består av oksalsyre , L - lysin , γ-aminosmørsyre og en modifisert tyrosinrest .

I Sibir ble den lille børsten Fridericia heliota , en liten (15 mm lang, 0,5 mm bred, 2 mg tung) hvit-gulaktig meitemark, oppdaget en blå bioluminescens (λ max = 478 nm). Dette skjer etter kontakt eller mekanisk irritasjon i området av epidermale celler. Luciferin-luciferasesystemet er unikt, det reagerer ikke med noe annet kjent system. I tillegg til oksygen kreves ATP og Mg 2+ for reaksjonen .

Under bioluminescensreaksjonen lysineres resten oksidativt dekarboksyleres. Responsen vil sannsynligvis være lik svaret til firefly luciferin. Som en første reaksjon binder ATP seg til lysinresten, etterfulgt av en dioksetonring.

applikasjoner

Diagnose

Ved hjelp av luciferin-luciferasesystemet fra ildfluer kan tilstedeværelsen av ATP i prøver raskt kontrolleres. Dette brukes for eksempel i næringsmiddelindustrien for å oppdage bakteriell forurensning. ATP forekommer bare i levende organismer, som kan påvises i mat gjennom bioluminescensreaksjonen.

Siden Aequorins lysreaksjon er avhengig av kalsiumioner, kan dette systemet måle konsentrasjonen av kalsiumioner. Den første applikasjonen dateres tilbake til 1967, da intracellulære endringer i kalsiumkonsentrasjoner i muskelceller ble oppdaget ved hjelp av aequoriner. Etter kloning av aequorin i bakterier var det mulig å måle kalsiumkonsentrasjonen av bakteriell cytosol. Det er også mulig å klone aequorin i eukaryote celler. I transgene planter var det for eksempel mulig å måle endringen i den cytosoliske kalsiumkonsentrasjonen etter berøring av planten eller etter forkjølelse.

Genteknikk / bioteknologi

Luciferases brukes ofte som markører i molekylærbiologi : Organismer som har mottatt genet og inkorporert det i genomet, lyser opp når de får luciferin. På denne måten kan det demonstreres om gener som man ønsker å introdusere i organismer faktisk kommer til uttrykk. For å gjøre dette er genet som skal uttrykkes knyttet til et gen som koder for en luciferase. Et slikt reportergen kan også brukes til å identifisere promoterregioner i genomet. Luciferasegenene fra Photinus pyralis og Renilla reniformis brukes mest kommersielt . Begge enzymene brukes ofte i samme tilnærming ( dual luciferase assay ).

Det er også mulig å bruke lysreaksjonen til å måle protein-protein-interaksjoner , signaler under signaltransduksjonsprosesser og aktiviteten til cellulære reseptorer.

Bruken av luciferase- journalister er også etablert for levende dyremodellorganismer ( bioavbildning ). I kreftforskning kan markører brukes til å spore veksten av svulster eller dannelsen av metastaser . I tillegg kan proteinuttrykk visualiseres hos levende dyr ved bruk av luciferase-luciferinsystemer.

Se også

litteratur

  • Osamu Shimomura : Bioluminescens: Kjemiske prinsipper og metoder. Word Scientific Publishing Company, 2006, ISBN 981-256-801-8 .
  • T. Wilson, JW Hastings: Bioluminescens. I: Annu. Rev. Cell Dev. 14, 1998, s. 197-230. PMID 9891783 .
  • LF Greer, AA Szalay: Imaging av lysutslipp fra ekspresjon av luciferases i levende celler og organismer: en gjennomgang. I: Luminescence. 17, 2002, s. 43-74. PMID 11816060 ; doi: 10.1002 / bio.676 .
  • K. Teranishi: Luminescens av imidazo [1,2- a ] pyrazin-3 (7H) -onforbindelser. I: Bioorg Chem. 35 (1), 2007, s. 82-111. PMID 17007903 .
  • Thérèse Wilson, J. Woodland Hastings: Bioluminescence: Living Lights, Lights for Living . Harvard University Press, 2013, ISBN 978-0-674-06716-5 .
  • Aleksandra S. Tsarkova, Zinaida M. Kaskova og Ilia V. Yampolsky: A Tale Of Two Luciferins: Fungal and Earthworm New Bioluminescent Systems . I: Accounts of Chemical Research . teip 49 , nr. 11. 15. november 2016, s. 2372-2380 , doi : 10.1021 / acs.accounts.6b00322 .

weblenker

Commons : Luciferine  - samling av bilder, videoer og lydfiler

Individuelle bevis

  1. ^ Karl Ernst Georges : Omfattende latin-tysk kortfattet ordbok . 8., forbedret og økt utgave. Hahnsche Buchhandlung, Hannover 1918 ( zeno.org [åpnet 24. september 2019]).
  2. Waldemar Adam: Biologisk lys . I: Kjemi i vår tid . teip 7 , nei. 6 , 1973, s. 182-192 , doi : 10.1002 / ciuz.19730070605 .
  3. ^ EN Harvey: Bioluminescens . Akademisk, New York 1952.
  4. ^ JW Hastings: Bioluminescens. I: N. Sperelakis (red.): Cellefysiologi . 3. Utgave. Academic Press, New York 2001, s. 1115-1131.
  5. ^ PJ Sild: Systematisk fordeling av bioluminescens i levende organismer. I: J Biolumin Chemilumin. 1 (3), 1987, s. 147-163. PMID 3503524 .
  6. a b c d e f g h i j k Eveline Brodl, Andreas Winkler, Peter Macheroux: Molecular Mechanisms of Bacterial Bioluminescence . I: Computational and Structural Biotechnology Journal . teip 16 , 15. november 2018, ISSN  2001-0370 , s. 551-564 , doi : 10.1016 / j.csbj.2018.11.003 , PMID 30546856 , PMC 6279958 (fri fulltekst).
  7. Schmidt-Rohr, K. (2020). "Oksygen er det høyenergimolekylet som driver det komplekse flercellede livet: grunnleggende korreksjoner til tradisjonell bioenergetikk" ACS Omega 5 : 2221-2233. Http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
  8. EH White et al. : Kjemi- og bioluminescensen til firefly luciferin: en effektiv kjemisk produksjon av elektronisk eksiterte tilstander. I: Bioorg. Chem. Bind 1, nr. 1-2, 1971, s. 92-122, doi: 10.1016 / 0045-2068 (71) 90009-5 .
  9. a b c d Osamu Shimomura, s. 1ff.
  10. Eksterne identifikatorer for eller databasekoblinger til D- luciferin : CAS-nummer: 2591-17-5 , EF-nummer: 219-981-3 , ECHA InfoCard: 100.018.166 , PubChem : 5484207 , ChemSpider : 4588411 , Wikidata : Q3265801 .
  11. GA Keller et al. : Firefly luciferase er rettet mot peroksisomer i pattedyrceller. I: Proc Natl Acad Sci USA . 84 (10), 1987, s. 3264-3268. PMID 3554235 ; PMC 304849 (gratis fulltekst, PDF).
  12. H. Fraga: Firefly luminescence: et historisk perspektiv og nyere utvikling. I: Photochem Photobiol Sci. 7 (2), 2008, s. 146-158. PMID 18264582 ; doi: 10.1039 / b719181b .
  13. a b J. C. Day et al. : Evolusjon av billebioluminescens: opprinnelsen til bille luciferin. I: Luminescence. 19 (1), 2004, s. 8-20. PMID 14981641 ; doi: 10.1002 / bio.749 .
  14. a b c J. W. Hastings: Kjemikalier og farger på bioluminescerende reaksjoner: en gjennomgang. I: Gener. 173 (1 spesifikasjon nr), 1996, s. 5-11. PMID 8707056 ; doi: 10.1016 / 0378-1119 (95) 00676-1 .
  15. O. Shimomura et al. : Oksygenkilde i CO 2 produsert i bioluminescerende oksidasjon av ildflue luciferin. I: Proc Natl Acad Sci USA. 74 (7), 1977, s. 2799-2802. PMID 16592418 ; PMC 431296 (gratis fulltekst, PDF).
  16. M. DeLuca, ME Dempsey: Mekanisme for oksidasjon i firefly luminescens. I: Biochem Biophys Res Commun . 40 (1), 1970, s. 117-122. PMID 5456946 ; doi: 10.1016 / 0006-291X (70) 91054-5 .
  17. Ts FI Tsuji et al.: Mekanisme for enzymkatalysert oksidasjon av Cypridina og ildflue-luciferiner studert ved hjelp av 17 O 2 og H 2 18 O. I: Biochem Biophys Res Commun. 74 (2), 1977, s. 606-613. PMID 836314 ; doi: 10.1016 / 0006-291X (77) 90346-1 .
  18. Y. Ando et al. : Firefly bioluminescens kvanteutbytte og fargeendring ved pH-sensitiv grønn utslipp. I: Nat. Fotonikk. 2, 2008, s. 44-47; doi: 10.1038 / nphoton.2007.251 .
  19. Eis T. Eisner et al. : Firefly "femmes fatales" anskaffer defensive steroider (lucibufaginer) fra deres ildflue-pris. I: Proc Natl Acad Sci USA. 94 (18), 1997, s. 9723-9728. PMID 9275191 ; PMC 23257 (gratis fulltekst, PDF).
  20. K. Gomi, N. Kajiyama: Oksyluciferin, et luminescensprodukt av flue-luciferase, blir enzymatisk regenerert til luciferin. I: J Biol Chem . 276 (39), 2001, s. 36508-36513. PMID 11457857 ; PDF (gratis fullteksttilgang)
  21. K. Niwa et al.: Stereoisomer bio-inversjonsnøkkel til biosyntese av ildflue D-luciferin. I: FEBS Lett . 580 (22), 2006, s. 5283-5287. PMID 16979628 ; doi: 10.1016 / j.febslet.2006.08.073 .
  22. N. Lembert: ildflueluciferase kan benytte L-luciferin for å produsere lys. I: Biochem J . 317 (Pt 1), 1996, s. 273-277. PMID 8694774 ; PMC 1217473 (gratis fulltekst, PDF).
  23. Y. Oba et al. : Biosyntese av ildflue-luciferin i voksenlykt: Dekarboksylering av L-cystein er et nøkkeltrinn for dannelse av benzotiazolring i ildflue-luciferinsyntese. I: PLoS ONE. 8 (12), 2013. PMC 3877152 (fri fulltekst). PMID 24391868 .
  24. Y. Oba et al.: Firefly luciferase er et bifunksjonelt enzym: ATP-avhengig monooxygenase og en langkjedet fet acyl-CoA syntetase. I: FEBS Lett. 540 (1-3), 2003, s. 251-254. PMID 12681517 ; doi: 10.1016 / S0014-5793 (03) 00272-2 .
  25. ^ A b Y. Oba, K. Konishi, D. Yano, H. Shibata, D. Kato: Å gjenreise eldglassens eldgamle glød . I: Science Advances . teip 6 , nei 49 , 2. desember 2020, ISSN  2375-2548 , doi : 10.1126 / sciadv.abc5705 , PMID 33268373 , PMC 7710365 (gratis fulltekst).
  26. Stefan Wagner: Fireflies: Lantern, lantern, show me your lantern. Hentet 27. januar 2021 .
  27. Iver Oliver C. Watkins et al. : New Zealands glødorm (Arachnocampa luminosa) bioluminescens produseres av en ildflue-lignende luciferase, men en helt ny luciferin . I: Vitenskapelige rapporter . teip 8 , nei 1 , 19. februar 2018, s. 3278 , doi : 10.1038 / s41598-018-21298-w , PMID 29459729 .
  28. a b S. M. Marques, JC da Silva Esteves: Firefly bioluminescence: a mechanistic approach of luciferase catalyzed reaksjoner. I: IUBMB Life. 61 (1), 2009, s. 6-17. PMID 18949818 ; doi: 10.1002 / iub.134 .
  29. a b c Osamu Shimomura, s. 249ff.
  30. D. Morse et al. : Rollen til et luciferin-bindende protein i den sirkadiske bioluminescerende reaksjonen av Gonyaulax polyedra. I: J Biol Chem . 264 (20), 1989, s. 11822-11826. PMID 2745419 ; PDF (gratis fullteksttilgang)
  31. D. Morse, M. Mittag: Dinoflagellat-luciferin-bindende protein. I: Methods Enzymol. 305, 2000, s. 258-276. PMID 10812606 .
  32. M. Fogel, JW Hastings: Et substratbindende protein i Gonyaulax bioluminescensreaksjon. I: Arch Biochem Biophys . 142 (1), 1971, s. 310-321. PMID 5545485 .
  33. LW Schultz et al. : Krystallstruktur av en pH-regulert luciferase som katalyserer den bioluminescerende oksydasjonen av en åpen tetrapyrrol. I: Proc Natl Acad Sci USA. 102 (5), 2005, s. 1378-1383. PMID 15665092 ; PDF (gratis fullteksttilgang).
  34. ^ M. Fogel, JW Hastings: Bioluminescens: mekanisme og modus for kontroll av scintillon-aktivitet. I: Proc Natl Acad Sci USA. 69 (3), 1972, s. 690-369. PMID 4501583 ; PMC 426536 (gratis fulltekst, PDF).
  35. a b T. Wilson, JW Hastings: Bioluminescens. I: Annu. Rev. Cell Dev. 14, 1998, s. 197-230. PMID 9891783 .
  36. C. Wu et al.: Tracer-studier på dinoflagellat-luciferin med [ 15 N] -glycin og [ 15 N] -l-glutaminsyre i dinoflagellat Pyrocystis lunula. I: Tetrahedron Letters. 44 (6), 2003, s. 1263-1266; doi: 10.1016 / S0040-4039 (02) 02815-0 .
  37. ^ LF Greer, AA Szalay: Imaging av lysemisjon fra ekspresjon av luciferases i levende celler og organismer: en gjennomgang. I: Luminescence. 17, 2002, s. 43-74. PMID 11816060 ; doi: 10.1002 / bio.676 .
  38. a b c d e f Osamu Shimomura, s. 30ff.
  39. a b S. C. Tu: Aktivitetskobling og kompleks dannelse mellom bakteriell luciferase og flavinreduktaser. I: Photochem Photobiol Sci. 7 (2), 2008, 2008, s. 183-188. PMID 18264585 ; doi: 10.1039 / b713462b
  40. AJ Fisher et al.: Krystallstrukturen på 1,5-A-oppløsning av bakteriell luciferase under lave saltforhold. I: J Biol Chem. 271 (36), 1996, s. 21956-21968. PMID 8703001 ; PDF (gratis fullteksttilgang)
  41. Du W. Duane, JW Hastings: Flavinmononukleotidreduktase av lysbakterier. I: Mol Cell Biochem. 6 (1), 1975, s. 53-64. PMID 47604 .
  42. A. Rodriguez et al. Rensing av acyl-koenzym A-reduktase-komponenten fra et sammensatt ansvarlig for reduksjon av fettsyrer i bioluminescente bakterier. Egenskaper og acyltransferaseaktivitet. I: J Biol Chem. 258 (8), 1983, s. 5233-5237. PMID 6833298 ; PDF (gratis fullteksttilgang)
  43. John Lee, Franz Müller, Antonie JWG Visser: det følsomme Bioluminesens Mekanisme Bakteriell Luciferase . I: Fotokjemi og fotobiologi . 28. november 2018, ISSN  1751-1097 , doi : 10.1111 / php.13063 , PMID 30485901 .
  44. O. Shimomura et al.: Utbredt forekomst av coelenterazin i marin bioluminescens. I: Komp. Biochem. Physiol. 65B, 1980, s. 435-437. doi: 10.1016 / 0305-0491 (80) 90044-9
  45. ^ AK Campbell, PJ Sild: Imidazolopyrazin bioluminescens i copepods og andre marine organismer. I: Mar. Biol. 104 (2), 1990, s. 219-225; doi: 10.1007 / BF01313261 .
  46. O. Shimomura: Tilstedeværelse av coelenterazin i ikke-bioluminescerende marine organismer. I: Comp Biochem Physiol. 86B, 1987, s. 361-363. doi: 10.1016 / 0305-0491 (87) 90306-3
  47. O. Shimomura et al.: Ekstraksjon, rensing og egenskaper av aequorin, et bioluminescerende protein fra den lysende hydromedusan, Aequorea. I: J Cell Comp Physiol . 59, 1963, s. 223-239. PMID 13911999 .
  48. O. Shimomura et al.: Mekanisme for den selvlysende intramolekylære reaksjonen av aequorin. I: Biokjemi . 13 (16), 1974, s. 3278-3286. PMID 4152180 .
  49. F JF Head et al.: Krystallstrukturen til fotoprotein-aequorin ved 2,3 Å oppløsning. I: Nature , 405 (6784), 2000, s. 291-293. PMID 10830969 ; PDF (gratis fullteksttilgang)
  50. O. Shimomura, FH Johnson: Kalsiumbinding, kvanteutbytte og emitterende molekyl i aequorin bioluminescens. I: Natur. 227 (5265), 1970, s. 1356-1357. PMID 4393938 .
  51. Wat S. Watase: Det lysende organet til firefly blekksprut. I: Dobutsugaku Zasshi. 17, 1905, s. 119-123. (jap.)
  52. In S. Inoue et al.: Blekksprutbioluminescens III. Isolering og struktur av Watasenia luciferin. I: Tetrahedron Lett. 17 (34), 1976, s. 2971-2972. doi: 10.1016 / S0040-4039 (01) 85503-9
  53. a b Osamu Shimomura, s. 200ff.
  54. Ter K. Teranishi, O. Shimomura: Bioluminescens av armlysorganene til den lysende blekkspruten Watasenia scintillans. I: Biochim Biophys Acta. 1780 (5), 2008, s. 784-792. PMID 18294462 ; doi: 10.1016 / j.bbagen.2008.01.016
  55. ^ FI Tsuji: Rollen av molekylært oksygen i bioluminescensen til firefly blekksprut, Watasenia scintillans. I: Biochem Biophys Res Commun. 338 (1), 2005, s. 250-253. PMID 16165097 .
  56. a b J. G. Morin: Basert på en gjennomgang av dataene, løser bruk av begrepet 'cypridinid' Cypridina / Vargula-dilemmaet for å navngi bestanddelene i det selvlysende systemet av ostracods i familien Cypridinidae. I: Luminescence. 26 (1), 2011, s. 1-4. PMID 19862683 ; doi: 10.1002 / bio.1178
  57. ^ FH Johnson, O. Shimomura: Enzymatisk og ikke-enzymatisk bioluminescens. I: Fotofysiologi. (7), 1972, s. 275-334. PMID 4376836 .
  58. S. Kato et al.: Identifikasjon av de biosyntetiske enhetene til Cypridina luciferin i Cypridina (Vargula) hilgendorfii av LC / ESI-TOF-MS. I: Tetrahedron. 60 (50), 2004, s. 11427-11434; doi: 10.1016 / j.tet.2004.09.080 .
  59. S. Kato et al.: Stereoselektiv inkorporering av isoleucin i Cypridina luciferin i Cypridina hilgendorfii (Vargula hilgendorfii). I: Biovitenskap, bioteknologi og biokjemi . 70 (6), 2006, s. 1528-1532. PMID 16794342 ; doi: 10.1271 / bbb.60066 ; PDF (gratis fullteksttilgang).
  60. Ts FI Tsuji, GB Leisman: K / Na-utløst bioluminescens i oseanisk blekksprut Symplectoteuthis oualaniensis. I: Proc Natl Acad Sci USA. 78 (11), 1981, s. 6719-6723. PMID 16593119 ; PMC 349121 (gratis fulltekst, PDF).
  61. Konstantin V. Purtov et al. The Chemical Basis of Fungal Bioluminescence. I: Angew Chem Int Ed Engl. 54 (28), 2015, s. 8124-8128. PMID 26094784 ; doi: 10.1002 / anie.201501779
  62. a b Alexey A. Kotlobay et al.: Genetisk kodbart bioluminescerende system fra sopp . I: Proceedings of the National Academy of Sciences . teip 115 , nr. 50 , 11. desember 2018, s. 12728-12732 , doi : 10.1073 / pnas.1803615115 , PMID 30478037 .
  63. Forskere lager glødende planter ved hjelp av soppgener (en) . I: The Guardian , 27. april 2020. Hentet 18. mai 2020. 
  64. Tatiana Mitiouchkina, Alexander S. Mishin, Louisa Gonzalez Somermeyer, Nadezhda M. Markina, Tatiana V. Chepurnyh, Elena B. Guglya, Tatiana A. Karataeva, Kseniia A. Palkina, Ekaterina S. Shakhova, Liliia I. Fakhranurova, Sofia V Chekova, Aleksandra S. Tsarkova, Yaroslav V. Golubev, Vadim V. Negrebetsky, Sergey A. Dolgushin, Pavel V. Shalaev, Dmitry Shlykov, Olesya A. Melnik, Victoria O. Shipunova, Sergey M. Deyev, Andrey I. Bubyrev, Alexander S. Pushin, Vladimir V. Choob, Sergey V. Dolgov, Fyodor A. Kondrashov, Ilia V. Yampolsky, Karen S. Sarkisyan: Planter med genetisk kodet autoluminescens . I: Nature Biotechnology . 38, nr. 8, 27. april 2020, s. 944-946. doi : 10.1038 / s41587-020-0500-9 . PMID 32341562 .
  65. Eksterne identifikatorer eller databasekoblinger for Latia-Luciferin : CAS-nummer: 21730-91-6 , PubChem : 5280505 , ChemSpider : 4444143 , Wikidata : Q27102292 .
  66. a b O. Shimomura, FH Johnson: Strukturen til Latia luciferin. I: Biokjemi. 7 (5), 1968, s. 1734-1738. PMID 5650377 .
  67. a b O. Shimomura et al.: Reaksjoner involvert i Bioluminescence Systems of Limpet ( Latia neritoides ) og Luminous Bacteria. I: Proc Natl Acad Sci USA. 69 (8), 1972, s. 2086-2089. PMID 4506078 ; PMC 426874 (gratis fulltekst, PDF).
  68. a b c d Osamu Shimomura, s. 182ff.
  69. a b c d Y. Ohmiya et al.: Bioluminescence in the Limpet-Like Snail, Latia neritoides. I: Bull. Chem. Soc. Jpn. 78 (7), 2005, s. 1197-1205; doi: 10.1246 / bcsj.78.1197 .
  70. M. Nakamura et al. Syntese av Latia luciferin benzoat analoger og deres bioluminescent aktivitet. I: Tetrahedron Letters. 45 (10), 2004, s. 2203-2205, doi: 10.1016 / j.tetlet.2004.01.027 .
  71. ^ Vadim R. Viviani: Den biologiske og biokjemiske mangfoldet av terrestrisk bioluminescens. åpnet 2. mai 2015.
  72. a b Osamu Shimomura, s. 238ff.
  73. ^ NG Rudie et al.: Rensing og egenskaper av luciferin fra den bioluminescerende meitemarken, Diplocardia longa. I: Photochem Photobiol. 23 (1), 1976, s. 71-75. PMID 1265130 .
  74. NG Rudie et al.: Meitemarkbioluminescens: karakterisering av høy spesifikk aktivitet Diplocardia longa. luciferase og reaksjonen det katalyserer. I: Biokjemi. 20 (2), 1981, s. 344-350. PMID 6258637 .
  75. a b M. A. Dubinnyi et al.: Ny mekanisme for bioluminescens: oksidativ dekarboksylering av en del ved siden av lysemitteren til Fridericia luciferin. I: Angew Chem Int Ed Engl. 54 (24), 2015, s. 7065-7067. PMID 25913753 ; doi: 10.1002 / anie.201501668
  76. VN Petushkov et al.: En ny type luciferin fra den sibirske lysende meitemarken Fridericia heliota: strukturoppklaring ved spektralstudier og total syntese. I: Angew Chem Int Ed Engl. 53 (22), 2014, s. 5566-5568. PMID 24737705 ; doi: 10.1002 / anie.201400529
  77. ^ HA Neufeld et al.: En rask metode for å bestemme ATP ved hjelp av firefly luciferin-luciferase system. I: Experientia , 31 (3), 1975, s. 391-392. PMID 1116561 .
  78. J.-M. Hawronskyj, J. Holah: ATP: en universell hygienemonitor. I: Trender Food Sci. Teknisk. 8, 1997, s. 79-84; doi: 10.1016 / S0924-2244 (97) 01009-1 .
  79. MR Knight et al.: Rekombinant aequorin som en probe for cytosolfri Ca2 + i Escherichia coli. I: FEBS Lett . 282 (2), 1991, s. 405-408. PMID 2037058 ; doi: 10.1016 / 0014-5793 (91) 80524-7 .
  80. JM Kendall et al.: Targeting av aequorin til endoplasmatisk retikulum av levende celler. I: Biochem. Biophys. Res. Commun. 189 (2), 1992, s. 1008-1016. PMID 1472014 .
  81. Kn MR Knight et al.: Transgene plante-aequorin rapporterer effekten av berøring og forkjølelse og elisatorer på cytoplasmatisk kalsium. I: Natur . 352 (6335), 1991, s. 524-526. PMID 1865907 .
  82. M. Hampf, M. Gossen: En protokoll for kombinert Photinus og Renilla luciferase-kvantifisering som er kompatibel med proteinanalyser. I: Anal Biochem . 356 (1), 1. september 2006, s. 94-99. PMID 16750160 .
  83. pjk-gmbh.de: Renilla Assays .
  84. promega.de: Dual Luciferase Reporter Assay System .
  85. ^ E. Lim et al.: In vivo bioluminescerende bildebehandling av brysttumorer ved bruk av IVIS-spektrum. I: J Vis Exp. 26. pii, 2009, s. 1210. PMID 19404236 ; doi: 10.3791 / 1210 ; med video .
  86. CE O'Connell-Rodwell et al.: In vivo analyse av varme-sjokk-protein-70 induksjon etter pulsert laserstråling i en transgen reportermus. I: J Biomed Opt. 13 (3), 2008, s. 030501. PMID 18601518 ; PDF (gratis fullteksttilgang).
Denne versjonen ble lagt til i listen over artikler som er verdt å lese 24. juli 2013 .