تعیین ساختار آنزیم لوسیفراز وحشی گونه lampyris turkestanicus به روش بلورنگاری پرتو x

به فرآیند تولید نور در سیستم های زیستی، اصطلاحاً بیولومینسانس گفته می شود. آنزیم های درگیر در این فرآیند با نام کلی لوسیفراز نام گذاری می شوند. لوسیفرازها برای انتشار نور از سوبسترای لوسیفرین همراه با mg+2 و atp استفاده می کند. گونه ایرانی لوسیفراز که در جنگل های شمال ایران یافت می شود، نور سبز را نشر می کند. فاکتورهای مختلفی بر روی رنگ نور نشری از لوسیفراز تأثیر می گذارد که از آن جمله می توان به ایجاد جهش در برخی از اسیدهای آمینه درگیر در ساختار لوسیفراز اشاره کرد. لوسیفراز جهش یافته ایرانی که از خود نور قرمز ساطع می کند، توسط خیرآبادی و همکارانش تعیین ساختار شد. در این تحقیق، ساختار لوسیفراز وحشی گونه ایرانی توسط روش بلورنگاری پرتو x تعیین گردید و داده های گردآوری شده بیانگر حدتفکیک ? 7/2 و با تقارن tetragonalبوده و آنالیز نقشه چگالی الکترونی لوسیفراز گونه وحشی گویای تطابق بالای دُم انتهای آمینی با مدل (pdb code:1lci)می باشد. انطباق دو ساختار وحشی و جهش یافته گونه ایرانی، صورت بندی متفاوتی را در لوپ انعطاف پذیر 359-351 نشان می دهد. لوپ در لوسیفراز جهش یافته دارای یک برآمدگی قابل توجه در این ناحیه است. این تغییر در صورت بندی به علت اشباع بار مثبت در لوپ 359-351 در نتیجه وارد شدن دو رزیدوی arg با بار مثبت می باشد. چگالی الکترونی در ناحیه انتهای کربوکسی بسیار ضعیف بوده و تطابق بین چگالی الکترونی و مدل حاصل نشد. با توجه به اینکه دُمین انتهای کربوکسی در لوسیفراز جهش یافته نیز دیده نشده، می توان انعطاف پذیری بالای انتهای کربوکسی را دلیل عدم مشاهده آن دانست. همچنین با مقایسه دو رزیدوی کلیدی در glu311 که به عنوان رزیدویی با اهمیت در جایگاه فعال شناخته شده است و arg337 که نقش حد واسط جهت ایجاد میانکنش بین glu311 و لوپ 359-351 و هم چنین لوپ 235-223 را دارد، نشان داد که glu311 در گونه جهش یافته با مولکولهای آب اطراف خود چندین میانکنش ایجاد کرده است. در حالیکه در گونه وحشی فاقد پیوند هیدروژنی با مولکولهای حلال اطراف خود می باشد. هم چنین میانکنش های arg337 با لوپ انعطاف پذیر در گونه جهش یافته نسبت به گونه وحشی متفاوت بوده و چنین به نظر می رسد که با وارد شدن arg356 و همچنین تغییر glu354 به arg و چرخش فضایی متفاوت arg354 نسبت با glu، میانکنش های آن هم تغییر کرده و تنها با thr352 میانکنش ایجاد می کند. با توجه به مطالعات خیرآبادی و همکارانش بر روی انرژی الکترواستاتیک glu354 در حالت جهش یافته مبنی بر قطبیت بالاتر ریزمحیطی این رزیدو نسبت به سایر لوسیفرازها، می توان این طور نتیجه گرفت که جهش های ایجاد شده در لوسیفراز گونه ایرانی (e354r/r356/h431y)، باعث تغییراتی در حرکات کوتاه بُرد وبلند بُرد پروتئین شده و درنهایت نفوذپذیری آب را به درون آن افزایش داده است. این افزایش نفوذپذیری آب به درون ساختار، موجب تغییر رنگ نور انتشار یافته لوسیفراز جهش یافته می گردد.