Блог

Jul 05, 2023

Один

Scientific Reports Volume 6, Номер статьи: 24794 (2016) Цитировать эту статью 9893 Доступов 22 Цитирования 78 Подробности Altmetric Metrics Люциферин светлячка, субстрат реакции биолюминесценции

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 24794 (2016) Цитировать эту статью

9893 Доступа

22 цитаты

78 Альтметрика

Подробности о метриках

Люциферин светлячков — субстрат реакции биолюминесценции светящихся жуков — обладает редко встречающимся в природе бензотиазольным кольцом. Здесь мы демонстрируем новую реакцию в одном горшке для получения люциферина светлячков в нейтральном буфере из п-бензохинона и цистеина без каких-либо синтетических реагентов или ферментов. Образование люциферина светлячка было низким в различных нейтральных буферах, тогда как оно ингибировалось или полностью предотвращалось в кислых или основных буферах, в органических растворителях или в атмосфере азота. Анализ мечения люциферина светлячка с использованием стабильных изотопных цистеинов показал, что бензотиазольное кольцо образуется в результате декарбоксилирования и перегруппировки углерод-серной связи цистеина. Эти результаты подразумевают, что биосинтез люциферина светлячков может развиваться из неферментативного производства люциферина светлячков с использованием общих первичных биосинтетических единиц, п-бензохинона и цистеина.

Люциферин светлячков (D-люциферин светлячков) является субстратом, обычно используемым для реакции биолюминесценции светящихся жуков, светлячков (семейство Lampyridae), железнодорожных червей (Phengodidae) и огненных жуков (Elateridae)1. Эта реакция катализируется люциферазой светлячка в присутствии АТФ, Mg2+ и молекулярного кислорода1. Эта люминесцентная система широко используется во всех областях наук о жизни, например, для визуализации экспрессии генов в реальном времени2.

Природный люциферин светлячка был выделен из фонариков североамериканского светлячка Photinuspyralis3, и его химическая структура была определена как (S)-2-(6'-гидрокси-2'-бензотиазолил)-2-тиазолин-4-карбоновая кислота с помощью химический синтез4,5. (R)-энантиомер (L-люциферин светлячка) неактивен в реакции биолюминесценции6,7. Хотя бензотиазольное кольцо является обычным каркасом, который можно найти в широком спектре биологически и фармакологически активных соединений8, оно относительно редко встречается в природе9. По этой причине исследовательские усилия были направлены не только на разработку методов химического синтеза, но и на выяснение процессов биосинтеза соединений бензотиазола10,11,12.

Маккапра и Разави сообщили о химическом синтезе этил-6-гидроксибензотиазол-2-карбоксилата из п-бензохинона и гидрохлорида этилового эфира цистеина в три стадии и предположили, что люциферин светлячков в природе биосинтезируется из п-бензохинона и цистеина13. Недавно мы обнаружили, что D-люциферин светлячка может быть биосинтезирован из одной молекулы гидрохинона/п-бензохинона и двух молекул L-цистеина путем инъекции стабильных меченных изотопом соединений во взрослый фонарь живого японского светлячка Luciola Lateralis14. Мы также показали, что образование бензотиазольного кольца сопровождается декарбоксилированием L-цистеина14. Однако детали процесса биосинтеза люциферина светлячков, включая промежуточные соединения и механизм перегруппировки при образовании бензотиазольного кольца, остаются неясными.

Изучение химии в водных растворах может дать ценную информацию о процессах синтеза натуральных продуктов в природе, поскольку ферменты действуют в водных растворах15. Например, Вилотиевич и Джеймисон продемонстрировали, что каскады раскрытия эпоксидов происходят в нейтральной воде, подтверждая гипотезу Наканиши о биосинтезе лестничных полиэфиров, обнаруженных в различных морских природных продуктах16. Чепмен и др. сообщили о биомиметическом синтезе природного продукта растительного происхождения, карпанона, из двух молекул карпацина с использованием Pd(II) в водном метанольном растворе17,18. Робинсон сообщил о синтезе тропинона в одном реакторе из сукциндиальдегида, метиламина и ацетондикарбоновой кислоты в нейтральном водном растворе19. Более поздние исследования показали, что синтез Робинсона имитирует биосинтез тропинона20. Химический синтез в воде в последнее время также привлек значительное внимание как один из принципов «зеленой химии»21, и появились многочисленные сообщения об успешном синтезе различных биологически активных соединений на основе этой концепции22.