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ルシフェリン（ラテン語の lucifer 「光を運ぶもの」に由来）は、生物発光を起こす生物に見られる発光化合物 の総称である。ルシフェリンは、通常、分子状酸素と酵素触媒反応を起こす。その結果生じる変換では通常、分子断片が分解され、励起状態の中間体が生成され、これが基底状態に崩壊する際に光を発する。この用語は、ルシフェラーゼと発光タンパク質の両方の基質となる分子を指すこともある。[1]
種類
ルシフェリンは、ルシフェラーゼ（酵素）の存在下で酸素と反応し、光の形でエネルギーを放出する小分子基質の一種です。ルシフェリンの種類がいくつあるかはわかっていませんが、よく研究されている化合物のいくつかを以下に示します。
ルシフェリンの化学的多様性のため、すべてが分子状酸素を必要とすることを除いて、明確な統一された作用機序は存在しない。 [2]ルシフェリンとルシフェラーゼの多様性、それらの多様な反応機構、および散在した系統分布は、それらの多くが進化の過程で独立して発生したことを示している。[2]
ホタル
ホタルルシフェリンは、 P. pyralisなどの多くのLampyridae種に見られるルシフェリンです。これは、ホタルの特徴的な黄色の発光の原因となる甲虫ルシフェラーゼ( EC 1.13.12.7) の基質ですが、非発光種の関連酵素と交差反応して発光することがあります。[3]化学的性質は珍しく、発光には分子状酸素に加えてアデノシン三リン酸(ATP) が必要です。[4]
カタツムリ
ラティア・ルシフェリンは、化学的には（E）-2-メチル-4-（2,6,6-トリメチル-1-シクロヘキサ-1-イル）-1-ブテン-1-オールホルメートであり、淡水産の巻貝ラティア・ネリトイデスから抽出される。[5]
細菌性
細菌ルシフェリンは、生物発光細菌に見られるフラビンモノヌクレオチドと脂肪アルデヒドからなる2成分系である。[6]
セレンテラジン
セレンテラジンは、放散虫、有櫛動物、刺胞動物、イカ、ヒトデ、カイアシ類、毛顎類、魚類、エビなどに含まれています。青色光の放射を司るタンパク質エクオリンに含まれる補欠分子族です。[7]
渦鞭毛藻類
渦鞭毛藻ルシフェリンはクロロフィル誘導体（テトラピロール）であり、一部の渦鞭毛藻に含まれており、夜間に光る波の現象を引き起こすことが多い（歴史的にはリン光と呼ばれていたが、誤解を招く用語である）。非常によく似たタイプのルシフェリンが、一部のオキアミエビに含まれます。[8]
ヴァルグリン
ヴァルグリンは、特定の貝形動物や深海魚、具体的にはポリクティスに含まれています。化合物セレンテラジンと同様に、ヴァルグリンはイミダゾピラジノンであり、動物の体内で主に青色光を発します。
菌類
フォックスファイアは、腐朽した木材に存在するいくつかの菌類によって生成される生物発光です。菌類界には複数の異なるルシフェリンが存在する可能性がありますが、 3-ヒドロキシヒスピジンは、 Neonothopanus nambi、Omphalotus olearius、Omphalotus nidiformis、Panellus stipticusを含むいくつかの菌類の子実体に含まれるルシフェリンであることが判明しました。[9]
科学における使用法
ルシフェリンは、生体内イメージング法、生体を用いた非侵襲的な画像検出法、分子イメージング法として科学や医学で広く使用されています。ルシフェリン基質と受容体酵素ルシフェラーゼとの反応により触媒反応が起こり、生物発光が発生します。 [10]この反応と生成される発光は、癌からの腫瘍の検出などのイメージングに役立ち、遺伝子発現の測定も可能です。
参考文献
- ^ Hastings JW (1996). 「生物発光反応の化学と色：レビュー」. Gene . 173 (1 Spec No): 5–11. doi :10.1016/0378-1119(95)00676-1. PMID 8707056.
- ^ ab Hastings JW (1983). 「生物多様性、化学メカニズム、および生物発光システムの進化的起源」。Journal of Molecular Evolution . 19 (5): 309–321. Bibcode :1983JMolE..19..309H. doi :10.1007/BF02101634. PMID 6358519. S2CID 875590.
- ^ Viviani VR、Bechara EJ (1996)。「Tenebrio molitor 幼虫 (甲虫目: ゴミムシダマシ科) 脂肪体抽出物がホタルの D-ルシフェリンおよび ATP 依存性化学発光を触媒する: ルシフェラーゼ様酵素」。光化学と光生物学。63 (6): 713–718。doi :10.1111/ j.1751-1097.1996.tb09620.x。S2CID 83498776 。
- ^ Green A, Mcelroy WD (1956年10月). 「ルシフェリンの活性化におけるアデノシン三リン酸の機能」.生化学および生物物理学のアーカイブ. 64 (2): 257–271. doi :10.1016/0003-9861(56)90268-5. PMID 13363432.
- ^ EC 1.14.99.21. ORENZA: ORphan ENZyme Activitiesのデータベース、2009年11月27日にアクセス。
- ^ Madden D, Lidesten BM (2001). 「細菌の照明」（PDF） . Bioscience Explained . 1 (1).
- ^ Shimomura O, Johnson FH (1975年4月). 「腔腸動物の生物発光システムの化学的性質」.米国科学アカデミー紀要. 72 (4): 1546–1549. Bibcode :1975PNAS...72.1546S. doi : 10.1073 /pnas.72.4.1546 . PMC 432574. PMID 236561.
- ^ Dunlap JC、Hastings JW、Shimomura O (1980 年 3 月)。「遠縁生物の発光システム間の交差反応性: 新しいタイプの発光化合物」。米国科学アカデミー紀要。77 (3): 1394–139 7。Bibcode :1980PNAS ... 77.1394D。doi : 10.1073 / pnas.77.3.1394。PMC 348501。PMID 16592787。
- ^ プルトフ KV、ペトゥシコフ VN、バラノフ MS、ミネエフ KS、ロディオノバ NS、カスコバ ZM、他。 （2015年7月）。 「真菌生物発光の化学的基礎」。アンゲヴァンテ・ケミー。54 (28): 8124–8128。土井：10.1002/anie.201501779。PMID 26094784。
- ^ Badr CE 、Tannous BA（2011年12月） 。「生物発光イメージング：進歩と応用」。Trends in Biotechnology。29（12）：624–633。doi ： 10.1016 / j.tibtech.2011.06.010。PMC 4314955。PMID 21788092。
外部リンク
- 「主なルシフェリンの種類」。バイオルミネセンス Web ページ。カリフォルニア大学サンタバーバラ校。2009 年 1 月 9 日。2009 年 3 月 6 日閲覧。