블로그

Jul 05, 2023

하나

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 24794(2016) 이 기사 인용 9893 액세스 22 인용 78 Altmetric Metrics 세부 정보 반딧불이 루시페린, 생물 발광 반응의 기질

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 24794(2016) 이 기사 인용

9893 액세스

22 인용

78 알트메트릭

측정항목 세부정보

발광 딱정벌레의 생물발광 반응을 위한 기질인 반딧불이 루시페린은 자연적으로 희귀한 벤조티아졸 고리를 가지고 있습니다. 여기에서는 합성 시약이나 효소 없이 p-벤조퀴논과 시스테인의 중성 완충액에 반딧불이 루시페린을 제공하는 새로운 원팟 반응을 보여줍니다. 반딧불이 루시페린의 형성은 다양한 중성 완충액에서는 수율이 낮았지만, 산성이나 염기성 완충액, 유기용매, 질소 분위기에서는 억제되거나 완전히 방지되었습니다. 안정 동위원소 시스테인을 사용한 반딧불이 루시페린의 표지 분석은 벤조티아졸 고리가 시스테인의 탈카르복실화 및 탄소-황 결합 재배열을 통해 형성되었음을 보여주었습니다. 이러한 발견은 반딧불이 루시페린의 생합성이 일반적인 1차 생합성 단위인 p-벤조퀴논과 시스테인을 사용하여 반딧불이 루시페린의 비효소적 생산으로부터 개발/진화될 수 있음을 의미합니다.

반딧불 루시페린(D-firefly luciferin)은 발광 딱정벌레, 반딧불이(Lampyridae과), 철도 벌레(Phengodidae) 및 불 딱정벌레(Elateridae)1의 생물발광 반응에 일반적으로 사용되는 기질입니다. 이 반응은 ATP, Mg2+ 및 분자 산소1의 존재 하에서 반딧불이 루시퍼라제에 의해 촉매됩니다. 이 발광 시스템은 실시간 유전자 발현 이미징 등 생명 과학의 모든 분야에서 널리 사용됩니다2.

천연 반딧불이 루시페린은 북미 반딧불 Photinus pyralis3의 등불에서 분리되었으며 화학 구조는 (S)-2-(6'-hydroxy-2'-Benzothiazolyl)-2-thiazoline-4-carbonic acid로 밝혀졌습니다. 화학 합성4,5. (R)-거울상 이성질체(L-반딧불 루시페린)는 생물발광 반응에 대해 비활성입니다6,7. 벤조티아졸 고리는 다양한 생물학적, 약리학적 활성 화합물에서 발견될 수 있는 일반적인 지지체이지만8 자연에서는 상대적으로 드뭅니다9. 이러한 이유로 연구 노력은 화학적 합성 방법의 개발뿐만 아니라 벤조티아졸 화합물의 생합성 과정을 명확하게 하는 데 집중되어 왔습니다10,11,12.

McCapra와 Razavi는 p-벤조퀴논과 시스테인 에틸 에스테르 염산염으로부터 에틸 6-히드록시벤조티아졸-2-카르복실산염을 3단계로 화학적으로 합성했다고 보고했으며, 반딧불이 루시페린이 자연적으로 p-벤조퀴논과 시스테인으로부터 생합성되었다고 제안했습니다13. 우리는 최근 살아있는 일본 반딧불 Luciola lateralis의 성체 랜턴에 안정 동위원소 표지 화합물을 주입함으로써 하이드로퀴논/p-벤조퀴논 한 분자와 L-시스테인 두 분자로부터 D-반딧불이 루시페린을 생합성할 수 있다는 사실을 밝혔습니다. 우리는 또한 벤조티아졸 고리 형성이 L-시스테인14의 탈카르복실화를 동반한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 중간체와 벤조티아졸 고리 형성을 위한 재배열 메커니즘을 포함한 반딧불이 루시페린의 생합성 과정에 대한 세부 사항은 아직 불분명한 상태로 남아 있습니다.

수용액에서 화학을 연구하면 효소가 수용액에서 작동하기 때문에 자연에서 천연물의 합성 과정에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다15. 예를 들어, Vilotijevic과 Jamison은 에폭시드 개방 폭포가 중성수에서 발생한다는 사실을 입증하여 다양한 해양 천연물에서 발견되는 사다리형 폴리에테르의 생합성에 대한 Nakanishi의 가설을 뒷받침했습니다16. Chapmanet al. 수성 메탄올 용액에서 Pd(II)를 사용하여 두 분자의 카르파신으로부터 천연 식물 유래 생성물인 카르파논의 생체 모방 합성을 보고했습니다. Robinson은 중성 수용액에서 숙신디알데히드, 메틸아민 및 아세톤디카르복실산으로부터 트로피논의 단일 용기 합성을 보고했습니다19. 이후 연구에서는 로빈슨의 합성이 트로피논의 생합성을 모방한다는 사실이 밝혀졌습니다20. 물에서의 화학적 합성 역시 최근 '녹색화학'의 원리 중 하나로 상당한 주목을 받고 있으며, 이러한 개념을 기반으로 다양한 생리활성 화합물을 성공적으로 합성한 사례가 많이 보고되고 있다.