Российские ученые предложили механизм свечения грибов
Сотрудники Университета биоорганической химии РАН (ИБХ РАН), Университета биофизики Красноярского научного центра СО РАН (ИБФ СО РАН) и Российского национального исследовательского медуниверситета им. Н. И. Пирогова совместно с сотрудниками из японии и Бразилии приблизились к разгадке механизма свечения грибов, информирует совместный пресс-релиз ИБХ РАН и ИБФ СО РАН.
Они установили структуру молекулы оксилюциферина – продукта реакции свечения – из грибов, и синтезировали пара неестественных аналогов люциферина, каковые испускают свет различных цветов. Работа поддержана грантом РНФ, а её результаты размещены в издании Science Advances.
Panellus stipticus
© Ylem/Wikimedia Commons
«Как мы знаем, что бактерии, черви, множество и грибы морских организмов смогут излучать свет. Это явление приводило к интересу ещё у Аристотеля, – говорит Илья Ямпольский, профессор химии , начальник Группы синтеза природных соединений ИБХ РАН. – Но лишь в двадцатом веке учёные узнали, что само выделение света происходит благодаря молекуле люциферина, латинское наименование которой свидетельствует «несущий свет».
В биолюминесцентной реакции эта молекула окисляется кислородом воздуха, а активизирует процесс окисления фермент люцифераза. Данный белок-катализатор оказывает помощь люциферину превратиться в оксилюциферин, что в итоге испускает свет».
© Архив Университета биофизики СО РАН
История расшифровки структур природных люциферинов продолжается более 60 лет. К 1989 году были известны молекулы лишь семи светоизлучающих биологических пигментов. Прошло 25 лет, перед тем как учёные смогли расшифровать структуру нового люциферина.
Сделала это несколько учёных Университета биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А.
Овчинникова (ИБХ) РАН и Университета биофизики Сибирского отделения (ИБФ) РАН под управлением Ильи Ямпольского. Благодаря им в 2014 году «восьмой формулой света» стал биологический пигмент из сибирского почвенного червя Fridericia heliota, а в 2015 году перечень пополнился девятой формулой – люциферином грибов.
В новом изучении эта же команда расшифровала структуру оксилюциферина грибов и совершила синтез аналогов люциферина. Для получения продукта реакции биолюминесценции полученный в лаборатории люциферин смешивали с природным экстрактом люциферазы из светящихся грибов Neonotopanus nambi, каковые собрали в лесах Вьетнама, а после этого взятую смесь продуктов разделяли.
Механизм свечения считается расшифрованным, в то время, когда известны все участники этого процесса: молекула-предшественник, ускоряющий биолюминесцентную реакцию молекула и фермент-продукт реакции. Чтобы выяснить структуру оксилюциферина, что образуется на протяжении грибного свечения, учёным необходимо было наработать много этого продукта.
Но оксилюциферин был весьма «капризным», нестабильным веществом, что осложняло его накопление.
«Перед нами, не считая всего другого, стояла задача совершить биолюминесцентную реакцию и отыскать условия, в то время, когда продукт будет сберигаться довольно продолжительно. Такие условия мы подобрали, но кроме того законсервированный оксилюцефирин распадался – до Москвы доезжала только малая часть.
Для определения неспециализированных черт молекулы его еще хватало, а вот для структурных изучений нет. Тогда столичные сотрудники, трудящиеся на ЯМР-спектрометре, изучили вещества, получающиеся при распаде молекулы, вернули исходную структуру оксилюциферина и сравнили свойства взятой молекулы со особенностями оригинала.
Совпадение доказало, что мы выяснили структуру последнего звена в реакции грибного свечения», – делится подробностями совершённой работы кандидат биологических наук, сотрудник ИБФ СО РАН Константин Пуртов.
Работа выполнялась при активном сотрудничестве с бразильскими сотрудниками. Благодаря неповторимым опытам в воздухе меченого кислорода (18О2) удалось не только подтвердить структуру продукта реакции, но и предложить механизм того, как как раз люциферин грибов преобразовывается в испускающую свет молекулу.
© Снежана Мажекенова/ИБХ РАН, ИБФ СО РАН
Промежуточным, но перспективным результатом изучения стали модифицированные молекулы люциферина, каковые разрешают взять свечение различного цвета. «Сейчас у нас имеется «цветные грибы», – шутят участники изучения. Оказалось, что в грибной биолюминесценции спектр свечения зависит от структуры субстрата.
Столичные химики синтезировали разные структурные аналоги люциферина, исследуя возможности реакции биолюминесценции грибов. В следствии учёные взяли множество аналогов люциферина, снабжающих свечение практически всех цветов радуги.
«Люциферин грибов складывается из двух серьёзных фрагментов (пираноновый и ароматический циклы). Мы решили взглянуть, будет ли молекула «светиться», в случае если поменять один из фрагментов.
Оказалось, что из шести синтезированных аналогов люциферина пять остались активными с экстрактом люциферазы, и светились различными цветами. Так мы, во-первых, подтвердили открытый нами механизм реакции, а во-вторых, продвинулись в понимании того, как возможно этим процессом руководить», – говорит Зинаида Осипова, кандидат химических наук, научный сотрудник Группы синтеза природных соединений ИБХ РАН.
Помимо этого, на протяжении изучения авторы статьи взяли эти, подтверждающие догадку о едином механизме биолюминесценции грибов. Принципиально важно, что база механизма свечения грибов – такая распространённая молекула, как кофейная кислота, участвующая в метаболизме не только грибов, но и растений.
Быть может, что в недалёком будущем как раз биолюминесцентную совокупность грибов будут применять для светящихся деревьев. Кофейная кислота имеется у всех растений.
Осталось лишь добавить пара генов для синтеза ферментов реакции биолюминесценции, и тогда они засветятся.
Изучение биолюминесцентных организмов имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Расшифровка совокупности свечения грибов, получение аналогов люциферина различной структуры, соответственно, тест-совокупностей различного цвета, возможно использовано в экологии для наблюдения за качеством внешней среды либо в медицине с целью проведения клинических поиска и анализов лекарств.
Источник: polit.ru
Крымские учёные думают над феноменом растущих каменных «грибов»
