luciferasi
Gruppo di enzimi che catalizzano l’ossidazione della sostanza fotogena luciferina, permettendo l’emissione di luce da parte di numerosi organismi viventi. Nei diversi animali luminescenti esistono luciferine diverse che sono responsabili dell’emissione di luce di colore differente. Così, la luciferina delle lucciole è costituita da un derivato tiazolico di formula C11H8N2O3S2; nel crostaceo Cypridina essa è formata da un cromoforo giallo; infine, nella medusa Aequorea è una proteina capace di emettere luce sotto l’azione di ioni calcio. Il meccanismo d’azione della l. (p. m. circa 100.000) varia a seconda che essa appartenga a un organismo eucariota (animale o vegetale) o procariota (batteri). Nella lucciola, la reazione attraverso la quale la l. ossida la luciferina a ossiluciferina avviene in due stadi distinti. Nel primo stadio una molecola di luciferina (LH2) e una molecola di ATP reagiscono formando un complesso denominato luciferiladenilato (LH2-AMP) che si lega saldamente al sito catalitico (E) della l.:
LH2+ATP+EMg++ ⇄ E-LH2 -AMP+PPi
In questa reazione che richiede Mg2+ viene liberata una molecola di pirofosfato (PPi). Quando il complesso E-LH2-AMP è esposto all’ossigeno molecolare, il luciferiladenilato è ossidato a ossiluciferina (L):
E-LH2-AMP+O2 ⇄
E+L+AMP+CO2+H2O+hν
In questa seconda reazione la luciferina ossidata passa attraverso uno stato di transizione eccitato prima di dissociarsi dalla luciferasi. La dissociazione dell’enzima e il ritorno allo stato fondamentale sono accompagnati dall’emissione di un quanto di luce (hν). Pertanto, per ogni molecola di LH2 ossidata a L si ha l’emissione di un hν e il consumo di una molecola di ATP. Nei batteri, il sistema bioluminescente è collegato direttamente alla catena del trasporto degli elettroni, come risulta dallo schema rappresentato in figura.
Nella serie di reazioni in esso indicate, la l. batterica svolge la doppia azione di ossidare il flavinmononucleotide ridotto (FMNH2) e l’aldeide RCHO, producendo contemporaneamente l’emissione di un quanto di luce (hν). La reazione di ossidazione descritta è direttamente proporzionale alla quantità di NADH e di FMNH2 presenti nel sistema.