Reakcija je vzbudila veliko zanimanja med raziskovalce, ker je izkoristek nenavadno velik (skoraj vsa energija reakcije preide v svetlobo) in je zelo občutljiva: Že ena substitucija aminokisline lahko spremeni barvo emitirane svetlobe iz rumeno-zelene v rdečo. Luciferazo in luciferin pa veliko uporabljajo v raziskavah, pogosto sta uporabljana kot kemoluminiscentna onzačevalca v bioloških raziskavah.

Kljub takim interesom, se razlaga strukturne občutljivosti luciferaze raziskovalcem umika.

V izdaji revije Nature (16. marec) so strukturni biologi iz inštituta RIKEN Harima v Sayu na Japonskem, opisali eksperimente s kristalizacijo luciferaze najdene v Japonski Genji-botaru kresnički (Luciola cruciata, LcrLuc(WT), rumeno-zelena) in  mutiranega encima, ki seva rdečo svetlobo (S286N), ki so potekali ob prisotnosti rentgenskih žarkov.

Raztopili so tri kristalne strukture vsakega encima, vezane na reaktante (ATP in luciferin), produkte (adenozin monofosfat in oxyluciferin) ter analog vmesnega stanja, ki naj bi predstavljal vmesno stanje, v katerega preidejo reaktanti med reakcijo. Njihovo delo kaže na mehanizem, kjer fizikalne spremembe vplivajo na barvo emisije.

Na začetku luciferaza katalizira sestavo luciferin-ATP vmesnega stanja, ki je povezano preko fosfatne skupine ATP in luciferin karboksilata. Kompleks nato reagira s kisikom, da ustvari novo spojino, oxyluciferin, ki je v vzbujenem stanju. V encimu, ki ga najdemo v naravi, in mutiranem  S286N, so bile kristalne strukture skoraj identične. Razlika se je pojavila v vmesnih stanjih, ki so razkrila pomemben ključ za razumevanje mehanizma.

Pri vmesni strukturi encima najdenega v naravi, se je pokazala sprememba v strukturi encima, kjer je sprememba sistema vodikovih vezi med aminokislinami povzročila, da se je analog vmesnega stanja vrinil v ozki hidrofobični žepek. Če je analog vmesnega stanja dovolj dobra predstavitev, rezultat kaže na to, da je vzbujen oxyluciferin ustvarjen v visoko omejeni okolici, ki tesno nadzira njegov prehod. Rezultat je emitiran foton, ki ima veliko valovno dolžino in povzroči rumeno-zeleno vidno svetlobo.

Vmesna struktura mutiranega encima S286N pa je povedala drugačno zgodbo. S286N se razlikuje od naravnega encima v eni zamenjani aminokislini (serin 286 se zamenja s asparaginom). Vmesno stanje analogne strukture ni bilo podvrženo enaki transformaciji kot pri naravnem encimu; obdrži se namreč struktura, ki je podobna vezi v začetnih materialih in produktu. Rezultat kaže na to, da ima vzbujen oxyluciferin več svobode za premikanje. Avtorji zato utemeljujejo, da se nekaj energije zato izgubi zaradi termične relaksacije ali drugih mehanizmov. Emitiran foton ima zategadelj nižjo energijo in rezultat je rdeča svetloba.

Vir: http://www.chemistry.org/portal/a/c/s/1/feature_pro.html?id=c373e90aa18547e98f6a17245d830100

Več informacij:

- http://en.wikipedia.org/wiki/Luminescence
- http://en.wikipedia.org/wiki/Fireflies

Avtor: Andrej Mernik