لوسيفيرين اليراعة

لوسيفيرين اليراعة (المعروف أيضًا باسم لوسيفيرين الخنفساء ) هو لوسيفيرين ، وهو المركب الأولي المُشع للضوء، والذي يُستخدم في أنظمة التلألؤ البيولوجي لليراعات ( Lampyridae )، ودودة السكة الحديدية ( Phengodidae )، ونجم البحر ( Rhagophthalmidae )، وخنفساء النقر ( Pyrophorini ). ^{[ 1 ]} وهو الركيزة الأساسية لإنزيم لوسيفيراز اليراعة ( EC 1.13.12.7)، المسؤول عن انبعاث الضوء المميز للعديد من أنواع اليراعات والحشرات الأخرى في الطيف المرئي الذي يتراوح طوله الموجي بين 530 و630 نانومتر. ^{[ 3 ]}

كما هو الحال مع أنواع اللوسيفيرين الأخرى ، يُعدّ الأكسجين ضروريًا لآلية التلألؤ ، والتي تتضمن تحلل بيروكسيد حلقي لإنتاج جزيئات في حالة إثارة قادرة على إصدار الضوء عند عودتها إلى الحالة الأرضية . ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) والمغنيسيوم ضروريان لانبعاث الضوء. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

أُجريت معظم الدراسات المبكرة حول كيمياء توهج اليراعات في مختبر ويليام د. ماكلروي بجامعة جونز هوبكنز . عُزل اللوسيفيرين ونُقّي لأول مرة عام ١٩٤٩ من كمية كبيرة من العينات، إلا أنه استغرق الأمر عدة سنوات قبل تطوير طريقة لبلورة المركب بنسبة عالية. وقد أنجز ذلك، إلى جانب التخليق وتحديد البنية، الدكتور إميل هـ. وايت في قسم الكيمياء بجامعة جونز هوبكنز. ^{[ ٦ ]} اعتمدت الطريقة على استخلاص حمضي-قاعدي ، نظرًا لوجود مجموعة حمض الكربوكسيل في اللوسيفيرين. وقد أمكن استخلاص اللوسيفيرين بكفاءة باستخدام أسيتات الإيثيل عند درجة حموضة منخفضة من مسحوق ما يقارب ١٥٠٠٠ يراعة. ^{[ ٧ ]} جرى تأكيد البنية لاحقًا باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء ، ومطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية ، بالإضافة إلى طرق التخليق لتحليل المركب إلى أجزاء قابلة للتمييز. ^{[ ٨ ]}

وُجد أن بلورات اللوسيفيرين تتميز بخاصية التألق ، حيث تمتص الأشعة فوق البنفسجية بقمة عند 327  نانومتر، وتُصدر ضوءًا بقمة عند 530  نانومتر. ويحدث انبعاث مرئي عند استرخاء الأوكسيلوسيفيرين من حالة الإثارة المفردة إلى حالته الأرضية. ^{[ 9 ]} تسببت المحاليل القلوية في انزياح أحمر في الامتصاص، يُعزى على الأرجح إلى فقدان بروتون مجموعة الهيدروكسيل على البنزوثيازول ، لكنها لم تؤثر على انبعاث التألق. كما وُجد أن أدينيلات اللوسيفيريل ( إستر AMP للوسيفيرين) يُصدر ضوءًا تلقائيًا في المحلول. ^{[ 10 ]} تستخدم جميع أنواع اليراعات نفس اللوسيفيرين، إلا أن لون الضوء المنبعث قد يختلف اختلافًا كبيرًا. تم قياس طول موجة الضوء المنبعث من ذبابة اليراعة Photuris pennsylvanica عند 552 نانومتر (أخضر مصفر)، بينما تم قياس طول موجة الضوء المنبعث من ذبابة اليراعة Pyrophorus plagiophthalamus عند 582 نانومتر (برتقالي) في العضو البطني. ويُعزى هذا الاختلاف على الأرجح إلى تغيرات في درجة الحموضة أو اختلافات في البنية الأولية لإنزيم لوسيفيراز. ^{[ 11 ]} وقد أدى تعديل ركيزة لوسيفيرين اليراعة إلى انبعاثات "مزاحة نحو الأحمر" (تصل إلى طول موجة انبعاث 675 نانومتر). ^{[ 12 ]}   

لا يزال التخليق الحيوي للوسيفيرين في اليراعات غير مفهوم تمامًا. لم تُدرس سوى الخطوة الأخيرة من المسار الإنزيمي، وهي تفاعل تكثيف السيستين- D مع 2 - سيانو - 6 - هيدروكسي بنزوثيازول ، وهو نفس التفاعل المستخدم في إنتاج المركب صناعيًا. ^{[ 13 ]} وقد تأكد ذلك من خلال الوسم الإشعاعي للذرات في المركبين وتحديد إنزيم مُجدد للوسيفيرين . ^{[ 14 ]}

في اليراعات ، ينتج عن أكسدة اللوسيفيرين، التي تحفزها إنزيمات اللوسيفيراز، مركب بيروكسي هو 1،2-ديوكسيتانون. [1] الديوكسيتانون غير مستقر، وينتج عن إطلاق ثاني أكسيد الكربون والكيتونات ^{المثارة طاقة زائدة} عن طريق انبعاث الضوء ( التألق البيولوجي ). ^{[ 15 ]}

التفاعل الكلي هو: ^{[ 1 ]}

لوسيفيرين اليراع

 

O ₂

_ثاني أكسيد الكربون

 

 

 

لوسيفيرين مؤكسد

+ فوتون من الضوء

 

يُعدّ لوسيفيرين اليراعة والركائز المُعدّلة منه مُحاكيات للأحماض الدهنية، وقد استُخدم لتحديد موقع إنزيم هيدرولاز أميد الأحماض الدهنية (FAAH) في الجسم الحي. ^{[ 16 ]} كما يُعدّ لوسيفيرين اليراعة ركيزةً لناقل ABCG2، وقد استُخدم كجزء من فحص تصوير التألق البيولوجي عالي الإنتاجية للكشف عن مُثبّطات هذا الناقل. ^{[ 17 ]}

• صفحة التألق البيولوجي التي تعرض أنواع اللوسيفيرين الرئيسية