Приносин — белок бактериальной люциферазы¶

Приносин — белок, входящий в состав бактериальной люциферазы, фермента, катализирующего биолюминесцентную реакцию у светящихся морских бактерий. Представляет собой одну из двух субъединиц ферментного комплекса (наряду с люциферазой, кодируемой геном luxA) и участвует в окислении восстановленного флавинмононуклеотида (ФМН·H₂) с испусканием света. Термин закрепился в биохимической литературе XX века для обозначения белкового компонента, связывающего субстрат.

¶История изучения

Свечение морской воды, вызываемое бактериями, известно с древности, однако биохимическая природа явления была выяснена лишь в XX веке. В 1950–1960-х годах исследователи, работая с культурами Photobacterium fischeri (позднее переклассифицирована в род Aliivibrio) и Vibrio harveyi, выделили ферментную систему, ответственную за эмиссию света. Было установлено, что реакция требует молекулярного кислорода, восстановленного ФМН и длинноцепочечного альдегида.

Термин «приносин» предложил американский биохимик Милтон Кормье в 1960-х годах для обозначения белковой фракции, которая в присутствии ФМН·H₂ и кислорода образовывала стабильный промежуточный комплекс, излучающий свет при добавлении альдегида. Позднее, с развитием молекулярной биологии и секвенирования, выяснилось, что «приносин» и «люцифераза» кодируются соседними генами одного оперона lux и функционируют как единый гетеродимер.

¶Молекулярная организация

Бактериальная люцифераза — гетеродимер, состоящий из двух неидентичных субъединиц:

Молекулярная масса приносина у Vibrio harveyi составляет около 42 кДа, у Aliivibrio fischeri — порядка 40 кДа. Обе субъединицы гомологичны друг другу, что указывает на происхождение в результате древней дупликации гена. Приносин не обладает собственной каталитической активностью в отсутствие α-субъединицы, но без него фермент теряет стабильность и активность резко падает.

¶Механизм реакции

Биолюминесцентная реакция, катализируемая комплексом, протекает в несколько стадий:

1. Восстановление ФМН до ФМН·H₂ при участии НАД(Ф)H-зависимой редуктазы.
2. Связывание ФМН·H₂ в активном центре с образованием промежуточного комплекса.
3. Взаимодействие с молекулярным кислородом и образование пероксидного интермедиата (ФМН-4a-гидропероксид).
4. Атака алифатического альдегида (обычно тетрадеканаля) с формированием возбуждённого гидроксифлавина.
5. Испускание кванта света с максимумом 490–495 нм и окисление альдегида до соответствующей жирной кислоты.

Приносин участвует в стабилизации пероксидного интермедиата и, по данным рентгеноструктурного анализа, формирует часть полости активного центра. Именно поэтому его иногда называют «стабилизирующей субъединицей».

¶Генетическая регуляция

Гены luxA и luxB входят в состав lux-оперона, включающего также luxC, luxD, luxE, продукты которых обеспечивают синтез и рециклизацию альдегидного субстрата, и регуляторные гены luxR, luxI, отвечающие за кворум-чувствительность (quorum sensing). Экспрессия оперона зависит от плотности популяции: при достижении пороговой концентрации клеток аутоиндуктор (ацилгомосеринлактон) активирует транскрипцию. Это обеспечивает свечение лишь при массовом скоплении бактерий.

¶Распространение и значение

Приносин обнаружен у ряда грамотрицательных морских бактерий: Aliivibrio fischeri, Vibrio harveyi, Photobacterium phosphoreum, Photorhabdus luminescens и других. У симбиотических видов, например Aliivibrio fischeri, обитающих в светящихся органах кальмаров и рыб, свечение играет роль в симбиозе.

Практическое применение связано с использованием lux-генов как репортёрной системы в биотехнологии и микробиологии: встраивание luxAB позволяет визуализировать экспрессию генов, оценивать жизнеспособность клеток и проводить биосенсорные измерения. Также система применяется в экологическом мониторинге для оценки токсичности проб воды.

¶См. также

• Люцифераза
• Биолюминесценция
• Кворум-чувствительность
• Флавинмононуклеотид