Наталья Николаевна Угарова, Галина Юрьевна Ломакина

Люцифераза светляков Luciola Mingrelica. Исторический аспект

Аннотация. В обзоре представлена история исследований люциферин-люциферазной системы светляков Luciolamingrelica на кафедре химической энзимологии МГУ, которые начались в середине 70-х годов прошлого века по инициативе первого заведующего кафедрой профессора И.В. Березина. На основании изучения кинетики ферментативного окисления люциферина была предложена кинетическая схема реакции, согласно которой в водном растворе люциферазная реакция представляет собой нестационарный ферментативный процесс, оборот фермента очень мал из-за медленной диссоциации комплекса фермент-продукт. Анализ спектров биолюминесценции и флуоресценции оксилюциферина (продукта реакции) и его аналогов показал, что кето-енольные таутомеры фенолятной формы оксилюциферина (кетон, енол и енолят-ион) – наиболее вероятные эмиттеры в люциферин-люциферазной системе светляков. Препараты нативной люциферазы, как было показано, содержат фосфолипиды, удаление которых приводит к снижению активности и стабильности фермента. В начале 90-х годов люцифераза L. mingrelica была клонирована. Ферментпо первичной последовательности оказался близким к другим люциферазам рода Luciola, клонированным в Японии (более 80% гомологии), но отличался от ранее изученной люциферазы из американских светляков P. pyralis(67% гомологии). С использованием методов случайного и сайт-специфического мутагенеза создана библиотека мутантных форм люциферазы L. mingrelica с измененными спектрами биолюминесценции ("зеленые" и "красные" люциферазы). Методом направленной эволюции получены термостабильные мутанты люциферазы, в частности, высокоактивный и термостабильный мутант (4TS), на основе которого разработан АТP-реагент, до сих пор широко используемый в биолюминесцентном анализе многими исследователями в нашей стране. Методами генетической инженерии, компьютерного моделирования и сайт-специфического мутагенеза выяснена роль динамической структуры фермента в сложном, трехстадийном окислении люциферина. Показано, что эмиттер (электронно-возбужденный оксилюциферин) является внутримолекулярной меткой в активном центре фермента. Суперпозиция двух или трех форм эмиттера, фиксируемых в спектрах биолюминесценции, указывает на сосуществование в реакционной среде различных конформационных форм люциферазы, находящихся в динамическом равновесии.
Ключевые слова: биолюминесценция, люцифераза светляков, Luciolamingrelica, люциферин, АТР, оксилюциферин, эмиттер, кинетика, термостабильность, мутагенез
DOI: 10.55959/MSU0579-9384-2-2025-66-1-25-42

  Полный текст статьи в формате PDF

Вестник Московского Университета.
Химия 2025, том 66, № 1, стр. 25-42