Пресс-центр / новости / Наука /
Пероксиды сопряженных диеновых кислот как субстраты в системе биолюминесценции Chaetopterus
Исследования механизма биолюминесценции морского многощетинкового червя Chaetopterus variopedatus ведутся очень давно. Ученые из Лаборатории химии метаболических путей, Лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии и других подразделений ИБХ РАН в сотрудничестве с коллегами из Лаборатории фотобиологии ИБФ СО РАН, МФТИ, Тихоокеанского государственного медицинского университета и Университета Иешивы (США) установили структуры трех субстратов биолюминесцентной реакции люциферазы Chaetopterus. Работа опубликована в International Journal of Molecular Sciences.
Свечение морского многощетинкового червя Chaetopterus variopedatus было описано еще в конце XIX века, однако механизм реакции до сих пор неизвестен. Процесс относится к биолюминесценции, или излучению света живыми организмами, распространенной среди обитателей морских глубин. Червь Chaetopterus излучает свет через светящуюся слизь и короткими «вспышками» задних сегментов тела. Первую попытку изучения биолюминесценции Chaetopterus предпринял Осаму Шимомура (Нобелевская премия по химии 2008 года) и Франк Джонсон, которые использовали 12-й сегмент тела червя, содержащий железы, выделяющие светящуюся слизь. Они показали, что в процессе биолюминесценции Chaetopterus участвуют пять компонентов: димерный белок с молекулярной массой 128–130 кДа (который они отнесли к фотобелкам), два кофактора (предположительно, нуклеопротеин и липид), перекись водорода и ионы железа. Недавние исследования нашего коллектива показали, что биолюминесцентная реакция червя задействует фермент (люциферазу), низкомолекулярный субстрат (люциферин) и кофактор - ионы Fe2+.
Выделение люциферина для определения его структуры из природного источника оказалось невозможным вследствие его низкой стабильности и невысокой концентрации в биомассе. Однако мы прибегли к другой стратегии, аналогичной опробованной нами ранее при изучении механизма свечения грибов, - поискать биолюминесцентный субстрат в других морских организмах. Вещества, проявляющие биолюминесцентную активность с люциферазой C. variopedatus, были обнаружены в ряде организмов как растительного, так и животного происхождения (мягкие кораллы, головоногие моллюски, водоросли). Наибольшее их количество, как оказалось, содержится в водорослях Chaetomorpha linum. Этанольная экстракция биомассы и хроматографическое разделение супернатанта позволили выделить три различных компонента, которые мы назвали, соответственно, Hitik1, Hitik2 и Hitik3, обладающих активностью с люциферазой. Структуры соединений были определены методами ЯМР и масс-спектрометрического анализа: было показано, что это производные пероксидов жирных ненасыщенных кислот. Структура соединения Hitik3 была дополнительно подтверждена химическим синтезом. Все полученные соединения, а также другие пероксиды жирных кислот и фосфолипидов, демонстрируют биолюминесцентную активность с экстрактом люциферазы Chaetopterus в присутствии ионов Fe2+. Дальнейшее изучение механизма биолюминесценции позволит найти применение этому процессу в исследованиях одного из вариантов программируемой клеточной смерти - ферроптоза.
Рисунок 1. Структуры биолюминесцентно активных субстратов Hitik1, Hitik2, Hitik3 с выборочной нумерацией атомов. Спектр биолюминесценции синтетического Hitik3 (справа вверху). Люминесцентная активность хроматографических фракций субстратов в отн. ед. (RLU) (справа внизу).
30 мая 2023 года