بیولومینسانس

بیولومینسانس

بیولومینسانس

حمید رضا صمدی خواه۱ * ، سامان حسینخا نی۲،   سید علی رضا نوری۱

۱-دانشجوی کارشناسی ارشد بیوشیمی دانشگاه تربیت مدرس-۲- دانشیار دانشکده علوم زیستی دانشگاه تربیت مدرس

 

 

مقدمه

به فرایند تولید نور در سیستم‌های زیستی اصطلاحاً بیولومینسانس گفته می‌شود[۱] . این فرایند در گروه وسیعی از جانداران مشاهده شده است. آنزیم‌های درگیر در این فرایند را بطور کلی لوسیفراز نامگذاری کرده‌اند[۲] .

 لومینسانس فرایندی است که در آن یک مولکول به حالت برانگیخته درآمده و هنگام بازگشت به سطح پایه، مازاد انرژی آن به صورت نور آزاد می‌شود.

منبع انرژی مورد استفاده برای ایجاد حالت برانگیخته متفاوت است به همین دلیل این پدیده به شکل‌های مختلف وجود دارد. در فوتولومینسانس (Photoluminescence) انرژی پرتوی نورانی و در بیولومینسانس (Bioluminescence) انرژی حاصل از واکنش شیمیایی کاتالیز شده توسط آنزیم لوسیفراز، ایجاد کننده حالت برانگیخته می‌باشد[۳] .

نشر نور در گونه‌های مختلف متفاوت است. در سال ۱۹۸۱ w.w.Coblentz گستره‌ی طول موج نشر نور حشرات را از nm 538 تا nm 580 در گونه‌های مختلف گزارش داد[۴] .

آنزیم لوسیفراز [E.C. 1.13.12.7] منومری  با وزن مولکولی  kDa62 می‌باشد. آنزیم لوسیفراز از سوبسترای D- لوسیفرین همراه با ATP، O2 و یون Mg2+استفاده می‌کند و برای انجام واکنش بیولومینسانس دو مرحله اساسی شامل آدنیلاسیون و اکسیژناسیون لوسیفریل – آدنیلات را کاتالیز می‌نماید[۶-۵] .

 

(۱) E + ATP + D-Luciferin                      E(luciferyl-adenylate) + PPi

(۲) E(luciferyl-adenylate) + O2             E(oxyluciferin*; AMP) + CO2

(۳) E(oxyluciferin*; AMP)                 E(oxyluciferin;AMP) + photon

(۴) E(oxyluciferin;AMP)                        E + oxyluciferin + AMP

 

 کاربردهای بیولومینسانس

آنزیم لوسیفراز به‌عنوان یک ابزار مفید و اساسی در زمینه‌های تحقیقاتی، پزشکی و صنعتی دارای کاربردهای فراوانی می‌باشد که از جمله کاربردهای آن به مواردی اشاره می‌شود:

 

۱ -ا ندازه­ گیری ATP توسط لوسیفراز:

در تمام سلول‌ها وجود دارد این ترکیب سطح انرژی سلول را مشخص می‌کند. بنابراین مقدار ATP اندازه‌گیری شده بیانگر تعداد سلول‌های زنده در محیط می‌باشد. در حقیقت در این روش ATP تولید شده توسط سیستم‌های زیستی به‌وسیله سنجش آنزیمی لوسیفراز اندازه‌گیری می‌شود.

مقدار ATP اندازه‌گیری شده می‌تواند به‌منظور آگاهی از آلودگی میکروبی در آب و مواد غذایی به کار رود و همچنین در صنایع دارویی و بیوتکنولوژی می‌توان از آن برای بررسی تکثیر سلولی، میزان خودکشی سلولی   ( apoptosis) و سمیت سلولی  ( cell toxicity )استفاده کرد [۷] .

 

۲- کاربرد لوسیفراز در بررسی میانکنش پروتئین-پروتئین، پروتئین-لیگاند یا لیگاند-گیرنده با استفاده از روش  🙁 Bioluminescence Resonance Energy Transfer ) BRET

در این روش با استفاده از آنزیم لوسیفراز و پروتئین‌هایی که خاصیت فلورسانس دارند می‌توان میانکنش یک لیگاند یا یک پروتئین خاص را سنجش نمود؛ شکل (۱).

اساس این روش انتقال انرژی تولید شده توسط نشر نور حاصل از لوسیفراز به پروتئین ثانویه می‌باشد که میزان نشر نور به فاصله این دو وابسته است. از این روش برای سنجش ترکیبات متفاوتی در بیوسنسورها استفاده می‌شود[۸] .

 

شکل ۱- نمای کلی از سیستم BRET : لوسیفرازRluc  به عنوان پروتئین دهنده وYFP به عنوان پروتئین گیرنده فلوروفور

 

۳ – تصویر برداری از بدن  ( Bioluminescence Whole body imaging )

در این تکنیک تصویربرداری از کل بدن موجود انجام می‌گیرد؛ شکل (۲).

این روش برای مطالعه الگوی تخریب و یا رشد تومورها در قسمت‌هایی از بدن به‌کار می‌رود و می‌توان اثر مفید یا مخداروها را روی قسمت‌های هدف بررسی نمود؛ شکل (۲) [۹] .

 

 

شکل ۲ – نمای کلی از تصویربرداری کل بدن جاندار

 

 

 

شکل ۳- بررسی میزان رشد تومور با تکنیک تصویربرداری از بدن توسط آنزیم لوسیفراز

 

۱-۲-۲-۴ کاربرد لوسیفراز در تکنیک‌های سنجش ایمنی (Immuno Assay)

در این تکنیک از آنزیم لوسیفراز به همراه آنتی‌بادی‌ها یا آنتی‌ژن‌ها استفاده می‌شود و اتصال یا عدم اتصال آنتی‌بادی-آنتی‌ژن به وسیله اندازه‌گیری نور تولید شده توسط لوسیفراز سنجیده می‌شود[۱۰]

 

  • Viviani, V.R. 2002. The origin, diversity and structure – function relationships of insect luciferase.Mol.Life Sci., 59, pp. 1833-1850.
  • Thomas, O.B. 1996. Firefly Luciferase: the structure is known, but the mystery remains. Structure, 4, pp. 223-228.
  • Wendy, J.A., Joanne, E.P. and Susannah, G. 1999. Modification of Luciferase to be a substrate for Plant aspartic proteinase. J, 343, pp. 425-433
  • Zhang, S., Xu, Y., Wang, B., Qiao, W., Liu, D. and Li, Z. 2004. Cationic compounds used in lipoplexes and polyplexes for gene delivery. Journal of Controlled Release, 100, pp. 165–۱۸۰٫
  • Terese W, Woodland Hasting J. 1998. Biolominescence. Annu Rev Cell Dev Bio, 14, pp. 197- 230.
  • McElory WD, Deluca T. 1967. The enzymes concerned with firefly luciferin, amino acid and fatty acid utilization are compared. J Molecular uniformity in biological catalyses, 59, pp. 1833- 1850
  • ATP 96. 1996. An International Symposium on Industrial Applications of Bioluminescence. J. Biolum. Chemilum, 11, pp. 317-335
  • . Francisco Ciruela. 2008. Biotechnology, 19, pp. 338- 343.
  • Irene C. Notting., Jeroen T., Buijs, Ivo Que. 2005. Investigative Opthalomology & Visul Science, 46, pp. 1581- 1587.
  • Kricka L. J. 1996. Strategies for immunoassay. Pure& Appl Chem, 68, pp. 1820- 1830

برای دانلود فایل pdf  بر روی لینک زیر کلیک کنید

برچسبها
  • بيولومينسانس
  • حمیدرضا صمدی خواه
  • سامان حسنخانی
  • سید علی رضا نوری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *