Как светлячки превращают энергию химических связей в свет?

Все мы знаем о способности светлячков светится, но как это проиходит с точки зрения биохимии? Важно отметить, что биолюминисценция отличается флюоресценции тем, что свечение происходит само по себе, а не в ответ на возбуждение светом. Но откуда берется энергия и каким образом она преобразуется в фотоны? Давайте разбираться.

Как всегда, источник энергии — АТФ, универсальная энергетическая валюта клетки. Но она используется для излучения не напрямую: в качестве посредника используется люциферин. Энергия запасается следующим образом: люциферин активируется с помощью АТФ, превращаясь в люцифериладенилацетат. То есть, от АТФ отщепляется пирофосфат (две фосфатные группы), а оставшийся АМФ соединяется с люциферином. Отщепление пирофосфата, а не просто фосфатной группы, обеспечивает лучшее протечение реакции с точки зрения химического равновесия, так как пирофосфат бытро расщепляется до неорганического фосфата, его в клетке очень мало.

После образования люциферилацетата в игру вступает главный герой биолюминисценции — фермент люцифераза. Именно этот белок обеспечивает свечение: в присутстсвии молекулярного кислорода люцифераза катализирует окислительное декарбоксилирование люцеиферилацетата до оксилюциферина. В ходе окисления образуется промежуточное соединение, электроны которого находятся в вобужденном состоянии, "лишняя" энергия высвобождается в виде фотона. Затем оксилюциферин восстаналвается до люциферина, и он готов к использованию вновь!

Слишком много умных слов? Не бойтесь ;) Говоря проще, молекула люцеферина окисляется, в процессе окисления излучается свет, а затем люциферин восстанавливается до исходного состояния. Этот механизм принципиально отличается, от, например, свечения знаменитого GFP: фотон испускается в ходе химических превращений небольшой молекулы люциферина, в то время как зеленый флюоресцентный белок светится за счет изменения собственной конформации, ему не нужно "топливо" вроде люцеферина.

Биолюминесценция — это не только красиво, но и полезно! В лаборатории ученые используют люцеферин для измерения малых количеств ATP в клетке. Ну а чтобы БиоЛогика продолжала освещать (освещать!) интересные биологические вопросы, мы просим вас поделиться ссылкой на эту статью в ваших социальных сетях, чтобы энергия у авторов не кончилась :) Это действительно важно, нас мотивирует каждый просмотр и каждый новый подписчик.