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Jul 05, 2023

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Scientific Reports volume 6, Artigo número: 24794 (2016) Citar este artigo 9893 Acessos 22 Citações 78 Altmetric Metrics detalha a luciferina do vaga-lume, o substrato para a reação de bioluminescência de

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 24794 (2016) Citar este artigo

9893 acessos

22 citações

78 Altmétrico

Detalhes das métricas

A luciferina do vaga-lume, substrato para a reação de bioluminescência dos besouros luminosos, possui um anel benzotiazol, que é raro na natureza. Aqui, demonstramos uma nova reação única para fornecer luciferina de vaga-lume em um tampão neutro de p-benzoquinona e cisteína sem quaisquer reagentes sintéticos ou enzimas. A formação de luciferina de vaga-lume teve baixo rendimento em vários tampões neutros, enquanto foi inibida ou completamente evitada em tampões ácidos ou básicos, em solventes orgânicos ou sob atmosfera de nitrogênio. A análise de marcação da luciferina do vaga-lume usando cisteínas isotópicas estáveis ​​mostrou que o anel benzotiazol foi formado através da descarboxilação e do rearranjo da ligação carbono-enxofre da cisteína. Estas descobertas implicam que a biossíntese da luciferina do vaga-lume pode ser desenvolvida/evoluída a partir da produção não enzimática de luciferina do vaga-lume usando unidades biossintéticas primárias comuns, p-benzoquinona e cisteína.

A luciferina do vaga-lume (D-luciferina do vaga-lume) é o substrato comumente usado para a reação de bioluminescência de besouros luminosos, vaga-lumes (família Lampyridae), vermes ferroviários (Phengodidae) e besouros de fogo (Elateridae)1. Esta reação é catalisada pela luciferase do vagalume na presença de ATP, Mg2+ e oxigênio molecular1. Este sistema de luminescência é amplamente utilizado em todos os campos das ciências da vida, como para imagens de expressão gênica em tempo real2.

A luciferina natural do vaga-lume foi isolada das lanternas do vaga-lume norte-americano Photinus pyralis3 e a estrutura química foi determinada como ácido (S)-2-(6′-hidroxi-2′-benzotiazolil)-2-tiazolina-4-carboxílico por síntese química4,5. O enantiômero (R) (L-luciferina do vaga-lume) é inativo para a reação de bioluminescência . Embora o anel benzotiazol seja uma estrutura comum que pode ser encontrada em uma ampla variedade de compostos biologicamente e farmacologicamente ativos8, é relativamente raro na natureza9. Por esta razão, os esforços de pesquisa têm sido direcionados não apenas para o desenvolvimento de métodos químicos sintéticos, mas também para o esclarecimento dos processos biossintéticos de compostos benzotiazol10,11,12.

McCapra e Razavi relataram a síntese química de 6-hidroxibenzotiazol-2-carboxilato de etila a partir de p-benzoquinona e cloridrato de éster etílico de cisteína em três etapas e sugeriram que a luciferina do vaga-lume foi biossintetizada a partir de p-benzoquinona e cisteína na natureza . Recentemente, revelamos que a luciferina do vaga-lume D pode ser biossintetizada a partir de uma molécula de hidroquinona / p-benzoquinona e duas moléculas de L-cisteína, injetando compostos marcados com isótopos estáveis ​​​​na lanterna adulta de um vaga-lume japonês vivo Luciola lateralis . Mostramos também que a formação do anel benzotiazol foi acompanhada pela descarboxilação da L-cisteína14. No entanto, os detalhes do processo biossintético da luciferina do vaga-lume, incluindo os intermediários e o mecanismo de rearranjo para a formação do anel benzotiazol, permanecem obscuros.

Estudar química em solução aquosa pode fornecer informações valiosas sobre os processos sintéticos de produtos naturais na natureza, porque as enzimas operam em solução aquosa15. Por exemplo, Vilotijevic e Jamison demonstraram que as cascatas de abertura de epóxido ocorrem em água neutra, apoiando a hipótese de Nakanishi para a biossíntese de poliéteres em escada encontrados em vários produtos naturais marinhos . Chapman et al. relataram a síntese biomimética do produto natural derivado de plantas, carpanona, a partir de duas moléculas de carpacina usando Pd (II) em solução metanólica aquosa . Robinson relatou a síntese de tropinona em um único recipiente a partir de succindialdeído, metilamina e ácido acetonodicarboxílico em solução aquosa neutra . Estudos posteriores revelaram que a síntese de Robinson imita a biossíntese da tropinona20. A síntese química na água também atraiu recentemente uma atenção considerável como um dos princípios da 'química verde'21 e tem havido numerosos relatórios sobre a síntese bem sucedida de vários compostos bioactivos baseados neste conceito22.