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Oxidoreduktasen

Luciferasen

Definition
Luciferasen sind Enzyme, die eine Reaktion katalysieren, bei der sichtbares Licht entsteht. Es gibt viele verschiedene Luciferasen, die unterschiedliche Substrate verwenden. Allen gemeinsam ist die Verwendung von Sauerstoff als Oxidationsmittel.

Die erste Luciferase wurde aus Bakterien isoliert, kloniert und charakterisiert. Dabei handelt es sich um eine Flavin-Monooxygenase, ein Heterodimer aus je einer homologen α- und β-Untereinheit. Die beiden sind gegeneinander versetzt angeordnet. Charakteristisch für die Untereinheiten ist deren so genannte "TIM barrel"-Struktur: β-Faltblätter bilden eine Art "Fass", das durch parallele Helixbündel zusammengehalten wird (vergleiche TIM Barrel bei der Triosephosphat-Isomerase TIM). Das aktive Zentrum liegt in der α-Untereinheit in einem Hohlraum, wodurch die Übergangsprodukte der Reaktion vor dem Eindringen von Wasser geschützt sind - eine Vorbedingung für die chemisch-induzierte Emission von Licht.

Allgemeine Reaktionsgleichung: S + O2 → P* + Licht

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Abb.1
3D-Modell der Luciferase

Interaktive 3D-Darstellung der Luciferase von Vibrio harveyi (PDB-Code: 1LUC)

Die bakterielle Luciferase aktiviert mit Hilfe von Flavin-Mononucleotid (FMN) molekularen Sauerstoff, um ein Flavin-C4a-Peroxid zu bilden. Die Reaktion des C4a-Peroxids mit einem aliphatischen Aldehyd als Substrat ergibt im Übergangszustand Kohlensäure und ein Flavin-C4a-Hydroxid. Bei der Dissoziation des FMN und Verlust des C4a-Hydroxids wird Licht der Wellenlänge 490 nm freigesetzt. Das Enzym kehrt daraufhin in seine Ausgangskonformation zurück.

FMNH2 + O2 + R-CHO → FMN + R-COOH + H2 + Licht (λ = 490 nm)

Weiterführende Informationen

3D-Tutorial der bakteriellen Luciferase (erfordert Chime-Plugin).

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