Constructing the Mechanism of Dinoflagellate Luciferin Bioluminescence Using Computation

生物发光 荧光素 萤火虫协议 甲藻 质子化 化学 荧光素酶 吸光度 立体化学 计算化学 生物 生物化学 植物 有机化学 动物 基因 离子 转染 色谱法
作者
Gabriel S. Phun,Dmitrij Rappoport,Filipp Furche,Tammie Gibson,Sergei Tretiak
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (26): 6001-6008 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c01053
摘要

Dinoflagellate luciferin bioluminescence is unique since it does not rely on decarboxylation but is poorly understood compared to that of firefly, bacteria, and coelenterata luciferins. Here we computationally investigate possible protonation states, stereoisomers, a chemical mechanism, and the dynamics of the bioluminescence intermediate that is responsible for chemiexcitation. Using semiempirical dynamics, time-dependent density functional theory static calculations, and a correlation diagram, we find that the intermediate's functional group that is likely responsible for chemiexcitation is a 4-member ring, a dioxetanol, that undergoes [2π + 2π] cycloreversion and the biolumiphore is the cleaved structure. The simulated emission spectra and luciferase-dependent absorbance spectra agree with the experimental data, giving support to our proposed mechanism and biolumiphore. We also compute circular dichroism spectra of the intermediate's four stereoisomers to guide future experiments in differentiating them.
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