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Luciferina

Este es un modelo de luciferina de luciérnaga que llena el espacio . Código de colores: amarillo = azufre ; azul = nitrógeno ; negro = carbono ; rojo = oxígeno ; blanco = hidrógeno .

Luciferina (del latín lucifer  'portador de luz') es un término genérico para el compuesto emisor de luz que se encuentra en los organismos que generan bioluminiscencia . Las luciferinas suelen experimentar una reacción catalizada por enzimas con el oxígeno molecular . La transformación resultante, que generalmente implica la ruptura de un fragmento molecular, produce un intermedio de estado excitado que emite luz al desintegrarse a su estado fundamental . El término puede referirse a moléculas que son sustratos tanto para las luciferasas como para las fotoproteínas . [1]

Tipos

Las luciferinas son una clase de sustratos de moléculas pequeñas que reaccionan con el oxígeno en presencia de una luciferasa (una enzima) para liberar energía en forma de luz . No se sabe cuántos tipos de luciferinas existen, pero a continuación se enumeran algunos de los compuestos mejor estudiados.

Debido a la diversidad química de las luciferinas, no existe un mecanismo de acción unificador claro, excepto que todas requieren oxígeno molecular. [2] La variedad de luciferinas y luciferasas, sus diversos mecanismos de reacción y la distribución filogenética dispersa indican que muchas de ellas han surgido independientemente en el curso de la evolución. [2]

Luciérnaga

Esta estructura de luciferina de luciérnaga está invertida (de izquierda a derecha) respecto del modelo de relleno espacial que se muestra arriba.

La luciferina de luciérnaga es la luciferina que se encuentra en muchas especies de Lampyridae , como P. pyralis . Es el sustrato de las luciferasas de los escarabajos ( EC 1.13.12.7) responsables de la emisión de luz amarilla característica de las luciérnagas, aunque puede reaccionar de forma cruzada para producir luz con enzimas relacionadas de especies no luminosas. [3] La química es inusual, ya que el trifosfato de adenosina (ATP) es necesario para la emisión de luz, además del oxígeno molecular . [4]

Caracol

Latia luciferina

La luciferina de Latia es, en términos químicos, formato de ( E )-2-metil-4-(2,6,6-trimetil-1-ciclohex-1-il)-1-buten-1-ol y proviene del caracol de agua dulce Latia neritoides . [5]

Bacteriano

Luciferina bacteriana (FMN)

La luciferina bacteriana es un sistema de dos componentes que consiste en un mononucleótido de flavina y un aldehído graso que se encuentra en las bacterias bioluminiscentes . [6]

Coelenterazina

Coelenterazina

La coelenterazina se encuentra en radiolarios , ctenóforos , cnidarios , calamares , ofiuras , copépodos , quetognatos , peces y camarones. Es el grupo prostético de la proteína aequorina responsable de la emisión de luz azul. [7]

Dinoflagelado

Luciferina de dinoflagelados (R = H) o de camarones eufáusidos (R = OH). Este último también se denomina Componente F.

La luciferina dinoflagelada es un derivado de la clorofila (es decir, un tetrapirrol ) y se encuentra en algunos dinoflagelados , que a menudo son responsables del fenómeno de las ondas luminosas nocturnas (históricamente esto se llamaba fosforescencia , pero es un término engañoso). Un tipo muy similar de luciferina se encuentra en algunos tipos de camarones eufáusidos . [8]

Vargulina

Vargulina (cipridinaluciferina)

La vargulina se encuentra en ciertos ostrácodos y peces de aguas profundas , en concreto, en Poricthys . Al igual que el compuesto coelenterazina, es una imidazopirazinona y emite principalmente luz azul en los animales.

Hongos

3-hidroxihispidina de N. nambi

Foxfire es la bioluminiscencia creada por algunas especies de hongos presentes en la madera en descomposición. Si bien puede haber múltiples luciferinas diferentes dentro del reino de los hongos , se determinó que la 3-hidroxi hispidina es la luciferina presente en los cuerpos fructíferos de varias especies de hongos, incluidos Neonothopanus nambi , Omphalotus olearius , Omphalotus nidiformis y Panellus stipticus . [9]

Uso en la ciencia

La luciferina se utiliza ampliamente en la ciencia y la medicina como método de obtención de imágenes in vivo , utilizando organismos vivos para detectar imágenes de forma no invasiva y en la obtención de imágenes moleculares. La reacción entre el sustrato de luciferina emparejado con la enzima receptora luciferasa produce una reacción catalítica, generando bioluminiscencia. [10] Esta reacción y la luminiscencia producida son útiles para la obtención de imágenes, como la detección de tumores de cáncer o la capacidad de medir la expresión genética .

Referencias

  1. ^ Hastings JW (1996). "Químicas y colores de las reacciones bioluminiscentes: una revisión". Gene . 173 (1 Spec No): 5–11. doi :10.1016/0378-1119(95)00676-1. PMID  8707056.
  2. ^ ab Hastings JW (1983). "Diversidad biológica, mecanismos químicos y los orígenes evolutivos de los sistemas bioluminiscentes". Journal of Molecular Evolution . 19 (5): 309–321. Código Bibliográfico :1983JMolE..19..309H. doi :10.1007/BF02101634. PMID  6358519. S2CID  875590.
  3. ^ Viviani VR, Bechara EJ (1996). "Extractos de cuerpos grasos de larvas de Tenebrio molitor (Coleoptera: Tenebrionidae) catalizan la quimioluminiscencia dependiente de D-luciferina y ATP de las luciérnagas: una enzima similar a la luciferasa". Fotoquímica y fotobiología . 63 (6): 713–718. doi :10.1111/j.1751-1097.1996.tb09620.x. S2CID  83498776.
  4. ^ Green A, Mcelroy WD (octubre de 1956). "Función del trifosfato de adenosina en la activación de la luciferina". Archivos de bioquímica y biofísica . 64 (2): 257–271. doi :10.1016/0003-9861(56)90268-5. PMID  13363432.
  5. ^ EC 1.14.99.21. ORENZA: una base de datos de actividades de enzimas huérfanas, consultado el 27 de noviembre de 2009.
  6. ^ Madden D, Lidesten BM (2001). "Iluminación bacteriana" (PDF) . Bioscience Explained . 1 (1).
  7. ^ Shimomura O, Johnson FH (abril de 1975). "Naturaleza química de los sistemas de bioluminiscencia en celentéreos". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 72 (4): 1546–1549. Bibcode :1975PNAS...72.1546S. doi : 10.1073/pnas.72.4.1546 . PMC 432574 . PMID  236561. 
  8. ^ Dunlap JC, Hastings JW, Shimomura O (marzo de 1980). "Reactividad cruzada entre los sistemas emisores de luz de organismos distantemente relacionados: nuevo tipo de compuesto emisor de luz". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 77 (3): 1394–1397. Bibcode :1980PNAS...77.1394D. doi : 10.1073/pnas.77.3.1394 . PMC 348501 . PMID  16592787. 
  9. ^ Purtov KV, Petushkov VN, Baranov MS, Mineev KS, Rodionova NS, Kaskova ZM y otros. (Julio de 2015). "La base química de la bioluminiscencia de los hongos". Angewandte Chemie . 54 (28): 8124–8128. doi :10.1002/anie.201501779. PMID  26094784.
  10. ^ Badr CE, Tannous BA (diciembre de 2011). "Imágenes de bioluminiscencia: progreso y aplicaciones". Tendencias en biotecnología . 29 (12): 624–633. doi :10.1016/j.tibtech.2011.06.010. PMC 4314955 . PMID  21788092. 

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