Механизмы действия редокс-активных соединений на биолюминесцентную биферментную систему НАД(Ф)Н: ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат биологических наук Ветрова, Елена Владимировна

• Ветрова, Елена Владимировна
• кандидат биологических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Ветрова, Елена Владимировна

Введение.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Строение и функционирование биолюминесцентной биферментной системы НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза.

1.1.1. Механизм хемилюминесцентной реакции, катализируемой бактериальной люциферазой.

1.1.2. Взаимодействие люциферазы с субстратами реакции.

1.1.3. Окислительно-восстановительная реакция, катализируемая НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазой.

1.1.4. Перенос ФМНН2 в биолюминесцентной системе.

1.2. Действие экзогенных соединений на биолюминесцентную биферментную систему НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза.

1.3. Окислительно-восстановительные свойства хинонов.

1.4. Биологическое значение редокс потенциала.

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1. Реактивы и материалы.

2.2 Методы измерений.

2.2.1. Измерение биолюминесценции биферментной системы НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза.

2.2.2. Измерение свечения бактерий.

2.2.3. Измерение скорости окисления НАДН молекулами редокс-активных соединений, с использованием метода абсорбционной спектроскопии.

2.2.4. Исследование взаимодействия хинонов с люциферазой и НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазой с использованием методов флуоресценции и анизотропии флуоресценции с временным разрешением.

2.2.5. Измерения флуоресценции и анизотропии флуоресценции при постоянном возбуждении.

2.3. Характеристики исследуемых хинонов.

Глава 3. Механизмы ингибирования биолюминесценции биферментной системы НАД(Ф)Н:ФМН - оксидоредуктаза - люцифераза редокс - активными соединениями.

3.1. Акцептирование энергии молекулами хинонов в биолюминесцентной биферментной системе.

3.2. Взаимодействие хинонов с люциферазой и НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазой.

3.3. Действие редокс-активных соединений на окислительно-восстановительные процессы в биолюминесцентной биферментной системе.

3.4. Закономерности влияния хинонов на биолюминесценцию биферментной системы.

3.5. Сравнение действия на биолюминесценцию биферментной системы редокс пар хинон - дифенол.

3.6. Действие неорганических редокс активных соединений на биолюминесценцию биферментной системы.

3.7. Влияние редокс-активных соединений на биолюминесценцию светящихся бактерий.

Глава 4. Применение биолюминесцентных методов для тестирования воды озера Шира.

4.1. Использование закономерностей действия редокс-активных соединений на биолюминесценцию биферментной системы для тестирования воды озера.

4.2. Возможности использования биолюминесцентных биотестов в экологическом мониторинге озера Шира.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизмы действия редокс-активных соединений на биолюминесцентную биферментную систему НАД(Ф)Н: ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза»

Окислительно-восстановительные реакции (перенос электрона и протона) в живых организмах формируют жизненно важные метаболические циклы, такие как дыхание, фотосинтез и др. К ним относятся и реакции ферментативных систем светящихся бактерий, которые преобразуют энергию сопряженных окислительно-восстановительных реакций в свет.

Благодаря высокой чувствительности к поллютантам биолюминесцентные системы нашли широкое применение в качестве биотестов в экологическом мониторинге природных водоемов и медицинских исследованиях. Отклик биолюминесцентных систем на влияние поллютантов является интегральным и обусловлено сложным действием экзогенных соединений на биолюминесценцию. На сегодняшний день изучение механизмов действия на биолюминесценцию различных классов химических соединений является актуальным, поскольку позволяет прогнозировать чувствительность биолюминесцентных тестовых систем, к поллютантам. Для этих целей используется экспериментальный подход, основанный на использовании рядов соединений с различными физико-химическими характеристиками, который позволяет установить корреляции между изменением кинетических параметров биолюминесценции и физико-химическими свойствами этих соединений. Такие корреляции тесно связаны с физическим механизмом биолюминесценции и представляют собой биофизическую основу биолюминесцентного мониторинга.

Особый интерес представляет изучение действия на биолюминесценцию редокс-активных соединений, среди которых огромное количество поллютантов, например, хиноны и фенолы. Окислительно-восстановительный потенциал среды является одним из главных факторов, регулирующим метаболические процессы и играющим важную роль в физиологии живых организмов. На фоне общего неблагополучия состояния окружающей среды редокс изменения водной среды могут быть вызваны действием поллютантов, и оказывать негативное влияние на живые организмы. Поэтому для экологического мониторинга важно применение биотестов, чувствительных к редокс-активным соединениям, а рассмотрение механизмов их действия на биолюминесценцию эквивалентно рассмотрению механизмов их токсического действия.

Несмотря на то, что давно известено, что хиноны и фенолы изменяют кинетику биолюминесценции биферментной системы, детального исследования механизмов их действия на элементарные физико-химические процессы в биолюминесцентной системе проведено не было. Существует несколько путей воздействия редокс-активных соединений на биолюминесцентную систему: тушение люминесценции в результате акцептирования энергии возбуждения, ингибирование окислительно-восстановительных процессов в системе, нарушение сопряжения ферментативных процессов, а также взаимодействие с ферментами и их модификация. Изучение перечисленных механизмов действия редокс-активных соединений на биолюминесценцию обеспечивает физико-химическую основу для тестирования редокс-характеристик среды, прогнозирование результатов биолюминесцентного анализа и возможность конструирования биолюминесцентных тест-систем с заданными свойствами.

Цель работы - разработать физико-химические основы использования биолюминесцентной биферментной системы НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза для анализа редокс состояния водной среды.

Исходя из цели, основными задачами исследования являются:

1. Оценить соотношение вкладов в ингибирование биолюминесценции биферментной системы редокс-активными соединениями процесса тушения люминесценции в результате межмолекулярной миграции энергии возбуждения и окислительно-восстановительных процессов.

2. Установить корреляции между изменением кинетических параметров биолюминесцентной биферментной системы в присутствии органических и неорганических редокс-активных соединений скоростью процессов ферментативного и неферментативного окисления НАДН.

3. На основе изучения флуоресцентных характеристик эндогенного флавина исследовать взаимодействие хинонов с ферментами биферментной системы люциферазой и НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазой.

4. Продемонстрировать чувствительность биолюминесценции биферментной системы к окислительно-восстановительным характеристикам воды природного водоема, Используя данные по мониторингу озера Шира.

На защиту выносятся следующие положения

1. Определяющий вклад окислительно-восстановительных процессов в изменении интенсивности биолюминесценции биферментной системы редокс-активными соединениями по сравнению с межмолекулярной миграции энергии возбуждения.

2. Участие редокс-активных соединений в процессах ферментативного и неферментативного окисления НАДН определяет изменение кинетических параметров биолюминесценции биферментной системы: индукционного периода и задержки выхода на максимум.

3. Изменение флуоресцентных характеристик эндогенного флавина, связанного с ферментами, доказывает взаимодействие хинонов с ферментами биферментной системы.

4. Принцип конструирования биолюминесцентных ферментативных тестовых систем, чувствительных к редокс-состоянию среды, путем введения низкомолекулярных окислителей.

Научная новизна.

Впервые с физико-химических позиций детально рассмотрены механизмы действия редокс-активных соединений на биферментную систему НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктаза-люцифераза, такие как влияние на НАДН-зависимые процессы, взаимодействие с ферментами биолюминесцентной системы, межмолекулярный перенос энергии. Установлены вклады этих механизмов в ингибирование биолюминесценции редокс-активными соединениями.

Установлены зависимости между физическими и физико-химическими характеристиками экзогенных молекул (энергией электронно-возбужденнных состояний, редокс-потенциалом, наличием гидрофобных заместителей), скоростью окисления НАДН в ферментативных и неферментативных процессах и изменением кинетических параметров биолюминесценции биферментной системы.

Показана возможность использования флуоресцентных характеристик эндогенного флавина для исследования взаимодействия экзогенных соединений с ферментами биолюминесцентной системы.

Практическая значимость.

Разработаны физико-химические основы биолюминесцентного тестирования редокс-состояния природной воды, определяющие возможность прогнозирования результатов биолюминесцентного анализа. Показана возможность конструирования биолюминесцентных ферментативных тестовых систем, чувствительных к редокс-состоянию среды, путем введения низкомолекулярных окислителей. Впервые биолюминесцентные биотесты адаптированы и применены для экологического мониторинга соленой воды озера Шира.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на IX Международной конференции "Коллоидные системы" (София, Болгария, 1997); Международной конференции по Биотехнологии (Будапешт, Венгрия, 1997); 8-ом Всероссийском симпозиуме «Гомеостаз и окружающая среда» (Красноярск, 1997); Международном совещании "Биосенсоры" (Лунд, Швеция, 1996, Берлин, Германия, 1998); Международной конференции "Проблемы загрязнения окружающей среды-98" (Москва, Россия, 1998); XIII Международном Биофизическом Конгрессе (Дели, Индия, 1999); Международной конференции "Биоразнообразие и динамика экосистем в Северной Евразии" (Новосибирск, Россия, 2000); 4-м съезде белорусского общественного объединения фотобиологов и биофизиков (Минск, Белоруссия, 2000); Международной конференции по

Биологической Физике (Киото, Япония, 2001); 7-ой Всероссийской научной конференция студентов-физиков и молодых ученых. (Петербург, 2001); на Международных конференциях "Биолюминесценция и

Хемилюминесценция" (Болонья, Италия, 1998; Кембридж, Великобритания, 2002).

Работа выполнена при поддержке Министерства образования Российской Федерации и Американского фонда гражданских исследований и развития для независимых государств бывшего Советского Союза, грант £>REC-002, программа "Фундаментальные исследования и высшее образование"; при поддержке грантов РФФИ № 98-02-18054, № 01-03-32843, №02-03-06624мас, ИНТАС № 98-519, NWO № 047-007-005, ФЦП № А0021, КФН№> 11F134M.

Автор приносит искреннюю благодарность всем коллегам за участие в совместных работах и обсуждении результатов, и особенно - научным руководителям и наставникам Кратасюк Валентине Александровне и Кудряшевой Надежде Степановне.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Ветрова, Елена Владимировна

Выводы.

1. На основании установленных зависимостей между изменением кинетических параметров биолюминесценции (индукционного периода, времени выхода на максимум, коэффициента ингибирования биолюминесценции) и стандартным окислительно-восстановительным потенциалом хинонов показано, что основной вклад их действия на биолюминесценцию биферментной системы связан с окислительно-восстановительными процессами. Механизм межмолекулярной миграции энергии не является определяющим при действии хинонов на биолюминесценцию.

2. Уменьшение связывания эндогенного флавина с люциферазой и НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазой в присутствии хинонов (1,4-бензохинона и 2,3-диметокси-5-метил-1,4-бензохинона), установленное на основе анализа характеристик анизотропии флуоресценции эндогенного флавина в препаратах люциферазы и НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазы, подтверждает возможность непосредственного взаимодействия хинонов с ферментами.

3. Показано, что участие окислителей в процессах ферментативного и неферментативного окисления НАДН определяет изменение кинетических параметров биолюминесценции биферментной системы: индукционного периода и задержки выхода на максимум. Установлены зависимости скорости окисления НАДН от стандартного окислительно-восстановительного потенциала и количества метальных групп молекул хинонов.

4. На основании сравнения действия на биолюминесценцию редокс-пар органических и неорганических соединений показано, что окисленные формы более эффективно уменьшают интенсивность биолюминесценции биферментной системы и светящихся бактерий по сравнению с восстановленными формами

5. Разработаны подходы для экологического мониторинга окислительно-восстановительных характеристик воды озера Шира и создания карты неоднородности характеристик воды озера. На основе результатов использования биферментной системы с добавлением 1,4-бензохинона показана возможность увеличения чувствительности биолюминесцентной биферментной системы к окислительно-восстановительным свойствам воды озера.

Заключение

Диссертационная работа посвящена исследованию закономерностей действия редокс-активных соединений на бактериальную биолюминесценцию.

Анализ литературы и собственных экспериментальных данных продемонстрировал целый спектр возможных механизмов действия редокс-активных веществ на биолюминесценцию, вызывающий, в свою очередь, сложное изменение параметров биолюминесцентной реакции. К ним относятся межмолекулярный перенос энергии, влияние на НАДН-зависимые процессы, взаимодействие с ферментами биолюминесцентной системы люциферазой и НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазой. Установленные в данной работе, высокая чувствительность бактериальной биолюминесценции к действию редокс-активных соединений и зависимость кинетических параметров свечения от окислительно-восстановительных характеристик экзогенных соединений являются важным свойством биолюминесцентных систем in vitro и in vivo.

На примере проб воды озера Шира показана возможность конструирования биолюминесцентных ферментативных тестовых систем, чувствительных к редокс-состоянию среды, путем введения низкомолекулярных окислителей, например хинонов. Участие окислителей в процессах ферментативного и неферментативного окисления НАДН определяет изменение кинетических параметров биолюминесценции биферментной системы: индукционного периода и задержки выхода на максимум, величины которых можно использовать для биотестирования редокс-состояния среды.

На основании результатов, полученных при исследовании проб воды соленого озера Шира, показана возможность использования биолюминесцентных биотестов, основанных на использовании светящихся бактерий и биферментной системы, для построения карт экологического состояния водоема, путем разделения озера на зоны, отличающиеся по характеристикам экосистемы и отслеживания динамики качества воды в этих зонах.

Ценность результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в том, что они обеспечивают создание физико-химической базы для основ тестирования редокс-характеристик среды. Использование в экологическом мониторинге биолюминесцентных биотестов, позволяет оценивать состояние водной экосистемы и обследовать водоемы на присутствие токсических веществ, в том числе и редокс-активных.

Некоторые результаты имеют перспективу развития в дальнейших исследованиях. Например, необходимо учитывать возможность использования эндогенного флавина в качестве флуоресцентной метки люциферазы и НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазы при изучении реакций биолюминесцентной биферментной системы. Предстоит идентифицировать и определить характеристики неспецифической редуктазы, активной в реакции восстановления хинонов, которая содержится в препаратах ферментов, используемых в биолюминесцентном анализе.

Следует отметить, что до сих пор не решенной является проблема создания индикаторов окислительно-восстановительных процессов в живых организмах для изучения механизмов внутриклеточных процессов. Учитывая то, что в настоящее время наиболее перспективными индикаторами считаются биологические люминесцентные метки, которые могут нарабатываться в клетках в результате введения соответствующих геномов-продуцентов, то можно предположить, что в качестве такой метки может быть использована биолюминесцентная реакция, катализируемая ферментом - люциферазой.

108

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Ветрова, Елена Владимировна, 2002 год

1. Березии Б.Д., Березии Д.Б. Курс современной органической химии. М.: «Высшая школа» 1999. 768 с.

2. Березин И.В., Мартынек К. Основы физической химии ферментативного катализа. Москва: «Высшая школа» 1977. 280 с.

3. Гительзон ИМ., Родичева Э.К., Медведева С.Е., Примакова Г.А., Барцев С.И., Кратасюк Г.А., Петушков В.Н., Межевикин В.В., Высоцкий Е.С., Заворуев В.В., Кратасюк В.А. Светящиеся бактерии. Новосибирск: «Наука», 1984. - 280 с.

4. Горшков В. И., Кузнецов И. А. Основы физической химии. М.: Изд-во МГУ, 1993.- 334 с.

5. Краснов К.С, Воробьв Н.К., Годнев И.Н. Физическая химия. М.: «Высшая школа» 1995. в 2-х т.

6. Кратасюк В.А. Люциферазное биотестирование: биофизические основы, методы и применение: Автореф. дис. д-ра биол. наук. Красноярск, - 1994. -20 с.

7. Кратасюк В.А., Гительзон И.И. Бактериальная биолюминесценция и биолюминесцентный анализ // Биофизика. 1982. - Т.27. - 6. - С. 937-953.

8. Кратасюк В. А., Гительзон И.И. Применение люминесцентных бактерий в биолюминесцентном анализе // Успехи микробиологии. 1987. -T.21.-C.3-30.

9. Кудряшева Н.С., Белобров П.И., Кратасюк В.А., Шигорин Д.Н. Электронновозбужденные состояния при биолюминесценции // Докл. АН СССР-1991.-Т. 321.-4.-С. 837-841.

10. Ленинджер А. Основы биохимии. М.: «Мир», 1985. - ЗТ. - 1056 с.

11. Мажуль М.М., Данилов B.C. Исследование свойств НАД(Р)Н:ФМН-оксидоредуктазы из морских люминесцентных бактерий Vibro fischeri. II Биохимия. 1994. - Т. 59. - 10. - С. 1608-1614.

12. Мажуль М.М., Данилов B.C. Влияние ассоциации компонентов бактериальной люминесцентной системы V. fischeri на реакцию бактериальной люциферазы. // Биохимия. 1995. - Т. 60. - 7. - С. 1073-1080.

13. Мажуль М.М., Завильгельский Г.Б., Зарубина А.П., Юдина Т.П., Данилов B.C. FMN-редуктаза из Escherichia coli и ее влияние на активность люциферазы из морских бактерий Vibro fischeri.ll Микробиология. 1999. -Т. 68.-2.-С. 149-154.

14. Петушков В. Н. Биферментная система оксидоредуктаза люцифераза светящихся бактерий: Автореф. кан. биол. наук. - Красноярск, 1985, - 17 с.

15. Петушков В. Н., Кратасюк Г.А., Родионова Н.С. и др. Биферментная система NADH: FMN оксидоредуктаза - люцифераза из светящихся бактерий // Биохимия. - 1984. - Т. 49. - 4. - С. 699-709.

16. Петушков В.Н., Родионова Н.С., Белобров П.И. Изучение эффективности работы биферментной системы NADH:FMN-оксидоредуктаза-люцифераза светящихся бактерий // Биохимия 1985, - Т. 50.-3.-С. 401-405.

17. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. М. «Наука», 1989. - 370 с.

18. Рубин А.Б., Шинкарев В.П. Транспорт электронов в биологических системах. М.: Наука, 1984. - 320 с.

19. Сандалова Т.П., Тюлькова Н.А. Влияние модификации SH-групп на свойства четырех бактериальных люцифераз.- Красноярск, 1991. 19с. (АН СССР, Сиб. отделение, Ин-т. биофизики, Препринт №1566)

20. Шигорин Д.Н. К систематике молекул. Закон гомологических рядов в изменении свойств молекул // Журн.физ.химии. 1980. - Т. 54. - 8. - С. 1935.

21. Шигорин Д.Н., Валькова Г.А., Гастилович Е.А. Электронно-возбужденные состояния многоатомных молекул и процессы их дезактивации. М.: Наука, 1993. - 496 с.

22. Шумихин В.Н., Данилов В. С., Малков Ю. А., Егоров Н.С. Выделение и очистка бактериальной люциферазы из Photobacterium fischeri для аналитических целей // Биохимия. 1980. - Т. 45. - 9. - С. 1576-1581.

23. Уэбб JL Ингибиторы ферментов и метаболизма. М.: Мир, 1966.863 с.

24. Abu-Soud H., Mullins L.S., Baldwin Т.О., Raushel F. Stopped-flow kinetic analysis of the bacterial luciferase reaction // Biochemistry. 1992. - Vol. 31. - P. 3807-3813.

25. Baldwin Т.О., Chen L.H., Chlumsky L.J., Devine J.H., Ziegler M.M., Site-directed mutagenesis of bacterial luciferase: analysis of the essential thiol // J. Biolum. Chemolum. 1989. - Vol. 4. - P. 40-48.

26. Baldwin Т.О., Nicoli M.Z., Becvar J.E., Hastings J.W. Bacterial luciferase. Biding of oxidized flavin mononucleotide // J. Biol. Chem. 1975. - Vol. 250. - P. 2763-2768.

27. Balny C., Hastings J.W. Fluorescence and bioluminescence of bacterial luciferase intermediates //Biochemistry. 1975. - Vol. 14. - C. 4719-4723.

28. Becvar J.E., Baldwin Т.О., Nicoli M.Z., Hastings J.W. The flavin stoihiometry of the bacterial bioluminescence reaction // Flavins and flavoproteins.- 1976.-P. 94-100.

29. Beechem J.M., Gratton E., Ameloot M., Knutson J.R. and Brand L. The global analysis of fluorescence intensity and anisotropy decay data: Second-generation theory and programs // Topics in fluorescence spectroscopy. 1991. -Vol. 2.

30. Belkin S. Stress-response luminous bacteria for toxicity and genotoxicity monitoring // Microscale Aquatic Toxicology-Advances,Techniques and Practice. -1998.-P. 171-183.

31. Belkin S., Smulski D.R., Dadon S., Van Dyk Т.К., LaRossa R.A. A panel of stress-responsive luminous bacteria for toxicity detection // Wat. Res., 1997. -Vol. 31. P. 3009-3016.

32. Berden Z.M., Zrimec A. Ecotoxicological screening of Ljubljana surface waters with bioluminescent bacteria Vibrio fischeri (Microtox) // Luminescence. -2002.-Vol. 17. P. 80.

33. Bironaite D., Anusevic Z., Jacquot J.-P., Cenas N. Interaction of quinones with Arabidopsis thaliana thioredoxin reductase 11 Biochemica et Biophysica Acta.- 1998.-Vol. 1383.-P. 82-92.

34. Bruggeman Y.E., Boogert A., van Hoek A., Jones P.T., Winter G., Shots A., Hilhorst R. Phage antibodies against an unstable hapten: oxygen sensitive reduced flavin // FEBS Letters. 1996. - Vol. 388. - P. 242-244.

35. Bruggeman Y.E., Honegger A., Kreuwel H., Visser A.W.G., Laane C., Schots A., Hilhorst R. Regulation of the flavin redox potential by flavin-binding antibodies // Eur.J. Biochem., 1997. - Vol. 249. - P. 393-400.

36. Bruice T.C. Mechanism of flavin catalysis // Acc Chem Res. 1976. - Vol. 13.-P. 256-262.

37. Bulish A.A. Isenberg D.L. Use of the luminescent bacterial systems for rapid assessment of aquatic toxicity // ISA Trans Actions. 1981. - Vol. 22. - P. 29-33.

38. Chen L.H., Baldwin Т.О. Random and site directed mutagenesis of bacterial luciferase: investigation of aldehyde binding site // Biochemistry. 1989. - Vol. 28.-N. 6. P. 2684-2689.

39. Chikuba K., Yubisui Т., Shirabe K., Takeshita M. Cloning and nucleotide sequence of а с DNA of the human erythrocyte NADPH-flavin reductase // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1994. - Vol. 198. - P. 1170-1176.

40. Choi S.H., Gu M.B. Phenolic toxicity detection and classification through the use of recombinant bioluminescent Escherichia coli cells // Environ. Toxicol. Chem. - 2001. Vol. 20. - P. 248-255.

41. Choi H., Tang C-K., Tu S-C. Catalytically active forms of the individual subunits of Vibrio harveyi luciferase and their kinetic and binding properties // J. Biol.Chem. 1995. - Vol. 270. -N. 28. - P. 16813-16829.

42. Duane W., Hastings J.W. Flavin mononucleotide reductase of luminous bacteria. //Mol. Cell.Biochem. 1975. - Vol. 6. -N. 1. - P. 53-64.

43. Dutton P.L. Redox potentiometry: determination of midpoint potentials of oxidation-reduction components of biological electron-transfer systems // Methods Enzymol. 1978. - Vol. 54. - P. 411-435.

44. Eberlein G., Bruice T.C. The chemistry of a 1.5-diblocked flavin. 2. Proton and electron transfer steps in the reaction of dihydroflavins with oxygen // J. Am. Chem. Soc. 1983. - Vol. 105. - P. 6685-6697.

45. Fisher A.J., Thompson T.B., Thoden J.B., Baldwin Т.О., Rayment I. The 1.5-A resolution crystal structure of bacterial luciferase in low salt conditions // J. Biological Chemistry. 1996. - Vol. 271. -N. 36. - P. 21956-21968.

46. Fontecave M., Eliasson R., Reichard P. NAD(P)H:flavin oxidoreductase of Escherichia coli. A ferric iron reductase participating in the generation of the free radical of ribonucleotide reductase. 11 J. Biol. Chem. 1987. - Vol. 262. P. 1232512331.

47. Francisco W.A., Abu-Sound H.M., Baldwin Т.О., Raushel F.M. Interaction of bacterial luciferase with aldehyde substrates and inhibitors // J. Biological Chemistry. 1993. - Vol. 268. -N. 3. - P. 24734-24741.

48. Francisco W.A., Abu-Soud H.M., DelMonte A.J., Singletion D.A., Baldwin Т.О., Raushel F.M. Deuterium kinetic isotope effects and the mechanism of the bacterial luciferase reaction // Biochemistry. 1998. - Vol. 37.- P. 2596-2606.

49. Francisko W.A., Abu-Sound H.M., Topgi R., Baldwin Т.О., Raushel F.M. Interaction of bacterial luciferase with 8-substituted flavin mononucleotide derivatives//J. Biological Chemistry. 1996.-Vol. 271. N. 1.-P. 104-110.

50. Ghisla S. Dehydrogenation mechanism in flavoprotein catalysis // Flavins and flavoproteins. 1982. - P. 133-142.

51. Ghisla S. & Massey V. Mechanisms of flavoprotein-catalyzed reactions // Eur. J. Biochem. 1989.-Vol. 181.-P. 1-17.

52. Ghisla S., Massey V., Lhoste J-M., Mayhew S.G. Fluorescence and optical characteristics of reduced flavins and flavoproteins // Biochemistry. 1974. - Vol. 13.-N.3.-P. 586-597.

53. Gibson Q.H., Hastings J.W. The oxidation of reduced flavin mononucleotide by molecular oxygen // Biochemistry. 1962. - Vol. 83. - P. 368-377.

54. Gu M.B., Gil G.C. A multi-channel continuous toxity monitoring system using recombinant bioluminescent bacteria for classification of toxicity // Biosensors & Bioelectronics. 2001. - Vol. 16. - P. 661-666.

55. Gu M.B., Gil G.C., Kim J.H. Enhancing the sensitivity of a two-stage continuous toxicity monitoring system through the manipulation of the dilution rate // J. Biotechnology. 2002. - Vol. - 93. P. 283-288.

56. Gu M.B., Mitchell R.J., Kim J.H. Continuous monitoring of protein damaging toxicity using a recombinant bioluminescent Escherichia coli // Chemical and Biological Sensors for Environmental Monitoring. 2000. - P. 185196.

57. Hall L.H., Bowers M.L., Durfor C.N. Further consideration of flavin coenzyme biochmistry afforded by geometry optimized molecular orbital calculations // Biochemistry. - 1987(b). - Vol. 26. - P. 7401-7409.

58. Halle F., Meyer J.M. Iron release from ferrisiderophores. A multi-step mechanism involving a NADH/FMN oxidoreductase and a chemical reduction by FMNH2 // Eur. J. Biochem. 1992. - Vol. 209. - P. 621 -627.

59. Hart R.S., Cormier M. Recent advanse in the mechanisms of bio and chemiluminescent reaction // Photochem. Photobiol. - 1979. - Vol. 29. - P. 209215.

60. Hastings J.W., Balny C. The oxygenated bacterial luciferase-flavin intermediate. Reaction products via the light and dark pathways // J. Biol. Chem. -1975. Vol. 250. - P. 7288-7293.

61. Hastings J.W., Balny C., LePeuch C., Douzou P. Spectral properties of an oxygenated luciferase-flavin intermediate isolated by low-temperature chromatography // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1973. - Vol. 70. - P. 3468-3472.

62. Hastings J.W., Nealson K.H. Bacterial bioluminescence // Ann. Rev. Microbiol. 1977.-Vol. 31.-P. 549-595.

63. Hastings J. W., Gibson Q. H. Intermediates in the bioluminescent oxidation ofreducedFMN//J.Biol.Chem. 1963. -Vol. 238.-P. 2537-2554.

64. Hastings Y.W., Potrikus C.J., Gupta S.C., Kurfurst M., Makemson I.C. Biochemestry and Physiology of Bioluminescent Bacteria // Advances in Microbial Physiology. 1985. - Vol. 26. - P. 235-291.

65. Hastings J.W., Rilley W.H., Massa I. The purification, properties and chemiluminescent quantum yield of bacterial luciferase // J. Biol.Chem. 1965. -Vol. 240. - P. 1473-1481.

66. Hemmerich P., Michel H., Schug C., Massey V. Scope and limitation of single electron transfer in biology // Struct. Bonding. 1982. Vol. 48. - P. 93-130.

67. Holzman T.F., Baldwin Т.О. Reversible inhibition of the bacterial luciferase catalyzed bioluminescence reaction by aldehyde substrate: Kinetic mechanism and ligand effects // Biochemistry. 1983. - Vol. 22. - P. 2838-2846.

68. Hu H.-Y., Fujie K., Nakagome H., Urano K., Katayama A. Quantitive analyses of the change in microbial diversity in a bioreactor for wastewater treatment based on respiratory quinines // Wat. Res. 2002. - Vol. 33. - N. 15. -P. 3263-3270.

69. Jablonski E., DeLuca M. Purification and properties of the NADH and NADPH specific FMN oxidoreductases from Beneckea harveyi // Biochemistry. -1977.-Vol. 16.-P. 2932-2936.

70. Jablonski E., DeLuca M. Studies of the Control of Luminescence in Beneckea harveyi: properties of the NADH and NADPH:FMN oxidoreductases // Biochemistry. 1978. - Vol. 17. - P. 672-678.

71. Jeffers C.E., Tu S-C. Differential transfers of reduced flavin cofactor and product by bacterial flavin reductase to luciferase // Biochemistry. 2001. - Vol. 40. - P. 1749-1754.

72. Johnston T.C., Thompson R.B., Baldwin Т.О. Nucleotide sequence of the luxB gene of V. Harveyi and the complete amono acid sequence of the b subunit of bacterial luciferase // J. Biol. Chem. 1986. - Vol. 261. - N. 11. - P. 4805-4811.

73. Jorns M.S. The catalytic mechanism of DNA photolyase // Flavins and Flavoproteins 1987. - P. 233-246.

74. Kalacheva G. S., Gubanov V. G., Gribovskaya I. V., Gladchenko I. A., Zinenko G. K., Savitsky S. V. Chemical analysis of Shira lake water (1997-2000) // Aquati Ecology. 2002. - Vol. 2. - P. 123-141.

75. Karatani H., Konaka T. In vitro bacterial bioluminescence coupled with a mediated electrochemical process of flavine on a viologen polymer electrode // Biochemistry and Bioenergetics. 1998. - Vol. 46. - P. 227-235.

76. Klinman J.P. Redox-Active Amino acids in biology // Methods in Enzymology 1995. - P. -28-56.

77. Koo J.-Y., Schuster G.B. Chemically initiated electron exchange luminescence. A new chemiluminescent reaction pathway for organic peroxides. // J. Am. Chem. Soc. 1977. - Vol. 99. - P. 6107.

78. Kosower E.M. A proposed mechanism for light emission by bacterial luciferase involving dissociative electron transfer // Biochim. Biophys. Res. Comm. 1982. - Vol. 92. - N. 2. - P. 356-364.

79. Kratasyuk V.A. Principle of luciferase biotesting // Proceeding of the First International School "Biological Luminescence", Wroclaw, 1989. 1990. - P. 550558.

80. Kratasyuk V.A., Esimbekova E.N., Gladyshev M.I., Khromichek E.B., Kuznetsov A.M., Ivanova E.A. The use of bioluminescent biotests for study of natural and artificial ecosystems // Chemospere. 2001. - Vol. 42. - P. 71-77.

81. Kratasyuk V.A., Vetrova E.V., Kudryasheva N.S. Bioluminescent water quality monitoring of salt lake Shira // Luminescence. 1999. - Vol. 14. - P. 193195.

82. Kudryasheva N.S., Belobrov P.I., Kratasyuk V.A., Sherbinskaya M.K. Physico-chemical regularities in the external quenching of bacterial bioluminescence // Proceeding of the First International School "Biological Luminescence", 1989. 1990, - P.416-425.

83. Kudryasheva N.S., P.I.Belobrov, V.A.Kratasyuk, D.N.Shigorin. Electronic levels in bacterial bioluminescence // J. Biolum. Chemilum. 1993, Vol. 8. -N. 2. -P. 94.

84. Kudrysheva NS, Kratasyuk VA, and Belobrov PI Bioluminescent analysis. The action of toxicants: Physical-chemical reqularities of the toxicants effects // Anal. Lett. 1994. - Vol. 27. - P. 2931-2938

85. Kudryasheva, N.S., Kratasyuk, V.A., Esimbekova, E.N., Vetrova, E.V., and Kudinova, I.Y. Development of the bioluminescent bioindicators for analysese of pollutions //Field Analytical Chemical Technologies. 1998. - Vol. 2. - P. 277280.

86. Kudryasheva N.S., E.V.Nemtseva, Yu.P.Meshalkin, A.G.Sizykh. Upper elecrton-excited states in bioluminescence: experimental indication // Luminescence. 2001. - Vol. 3. - P. 243-246.

87. Kudryasheva NS, Nemtseva EV, Visser AJWG and van Hoek A. Interaction of aromatic compounds with Photobacterium leiognathi luciferase: fluorescence anisotropy study // Luminescemce, in press.

88. Kudryasheva N.S., Shigorin D.N., Meshalkin Y.P. Upper electron excited states in bioluminescence // Bioluminescence and Chemiluminescence. 1997. -P. 70-73.

89. Kudryasheva N.S, Zuzikova E.V., and Gutnyk T.V. Mechanism of Influence of Metallic Salts on Bacterial Bioluminescence System in vitro // Biophysics. -1999.-Vol. 44.-P. 244-250.

90. Kudryasheva N.S., Nemtseva E.V.^Sizykh A.G., Shishkin A.G., and Provorov A.S. Bacterial bioluminescence spectra in presence of aromatic fluorescent compounds // Bioluminescence and Chemiluminescence: Perspectives for 21-st Century. 1999. - P. 585-588.

91. Kurffirst M., Ghisla S., Hastings J.W. Characterization and postulated structure of the primary emitter in the bacterial luciferase reaction // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1984. - Vol. 81.-P. 2990-2994.

92. Kurffirst M., Macheroux P., Ghisla S., Hastings J.W. Isolation and characterization of the transient, luciferase-bound flavin-4a-hydroxide in the bacterial luciferase reaction // Biochim. Biophys. Acta. 1987. - Vol. 924. - P. 104-110.

93. Z., Meighen E.A. Fatty acid-enhanced binding of flavin mononucleotide to bacterial luciferase measured by stady- -state fluorescence // Biochem. and Bioph. Res. Comm. 1992. - Vol. 188. - N. 2. - P. 497-502.

94. Macheroux P., Chisla S., Hastings J.W. Spectral detection of an intermediate preceding the excited state in the bacterial luciferase reaction // Biochemistry. 1993.-Vol. 32. - P. 14183-14186.

95. Macheroux P., Ghisla S., Kurfurst M., Hastings J.W. // Flavins and Flavoproteins. (Bray R.C., Engel P., Mayhew S.G., Eds.) Walter deGruyter, Berlin, New York, 1984. pp. 669-672.

96. Matheson B.C., Lee J., Muller F. Bacterial bioluminescence: spectral study of the emitters in the in vitro reaction // Biophysics. 1981. - Vol. 78. N. 2. - P. 948-952.

97. Matsushita К, Toyama H., Yamada M., Adachi О. Quinoproteins: structure, function, and biotechnological applications // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2002. -Vol. 58. P. 13-22.

98. McCapra F. Alternative mechanism for dioxetan decomposition. // J. C. S. Chem. Comm. 1977. - P. 946.

99. Meighen E.A. Enzymes and genes from the lux operons of bioluminescent bacteria // Annu. Rev. Microbiol. 1988. - Vol. 42. - P. 151.

100. Michaliszyn G.A., Wing S.S., Meighen A. Purification and properties NAD(P)H:flavin oxidoreductase from the luminous bacteria, Beneckea harveyi И J. Biol. Chem. 1977. - Vol. 252. - N. 21. - P. 7495-7499.

101. Monaco H.L. Crystal structure of chicken riboflavin binding protein // EMBO J. - 1997. - Vol. 16. - P. 1475-1483.

102. Moonen C.T.W., Vervoort J., Mueller F. Same new ideas about the possible regulation of redox potentials in flavoproteins with special reference to flavodoxins // Flavins and flavoproteins. 1984. - P. 493-496.

103. Muller F. The flavin redox system and its biological function. // Topics in Current Chemistry. 1983. - P. 71-107.

104. Nefsky В., DeLuca M. Studies on the NADH and NADPH: riboflavin 5'-phoaphate (FMN) oxidoreductases from Beneckea harveyi: characterization of the FMN binding sites // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1982. - Vol. 216. -N. l.-P. 10-16.

105. Nicoli M.Z., Hastings J.W. Bacterial luciferase. The hydrophobic environment of the reactive sulfhydryl // J. Biol. Chem. 1974. - Vol. 249. - N.8. -P. 2393-2396.

106. Niviere V., Fieschi F., Decout J-L., Fontecave M. In the NAD(P)H:Flavin Oxidoreductase from Escherichia coli д member of the ferredoxin-NADP+ reductase family? II J. Biological Chemistry. 1996. - Vol. 271. - N.28. - P. 16656-16661.

107. Niviere V., Vanoni M.A., Zanetti G., Fontecave M. The NAD(P)H:flavin oxidoreductase from Escherichia coli with NADPH and riboflavin: identification of intermediates //Biochemistry. 1998.-Vol. 37.-P. 11879-11887.

108. Novikov E.G., van Hoek A., Visser A.J.W.G., Hofstraat J.W. Linear algorithms for stretched exponential decay analysis // Opt. Commun. 1999. - Vol. 166. P. 189-198.

109. O'Kane D.J., Vervoort J., Muller F., Lee J. Purification and characterization of an unusual non-fluorescent flavoprotein from Photobacterium leognathi II Flavins and Flavoproteins. 1987. - P. 641.

110. Petrov R.R., Utkin I.B., Munilla R., Fernandez V.M., Popov V.O. Effect of redox potential on the properties of the NAD-dependent hydrogenase from Alcaligenes eutrophus Z1 // Arch. Biochem. Biophys. 1989. - Vol. 268. -N.l. -P. 306-313.

111. Platenkamp R.J., Palmer M.N., Visser A.J.W.G. Ab initio molecular orbital studies of closed shell flavins // Eur. Biophys. J. 1987. - Vol. 14. - P. 393-402.

112. Sharp R.E., Chapman S.K. Mechanisms for regulating electron transfer in multi-centre redox proteins // Biochemica and Biophysica Acta. 1999. - Vol. 1432.-P. 143-158.

113. Stankovich M.T. Redox properties of flavins and flavoproteins // Chemistry and biochemistry of flavoenzymes (Muller F., ed.) CRC Press, Boca Raton. -1990.-Vol. l.-P. 401-4025.

114. Stom D.I., Geel T.A., Balayan A.E., Shachova G.I., Kuznetsov A.M. Medvedeva S.E. Bioluminescent method in studying the complex effect of sewage components // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 1992. - Vol. 22. - P. 203-208.

115. Sun M., Moore T.A., Song P.-S. Molecular Luminescence studies of flavins. I. The Excited states of flavins // J. American Chemical Society. 1972. - Vol. 94.-P. 1730-1740.

116. Takagi К., Капо K., Ikeda T. Mediated bioelectrocatalysis based on NAD-related enzymes with reversible characteristics // J. Electroanalytical Chemistry. -1998.-Vol. 445. -P. 211-219.

117. Tanner J, Lei B, Liu M, Tu SC, Krause KL Crystallization and preliminary crystallographic analysis of NADPH:FMN-oxidoreductase from Vibrio harveyi IIJ Mol Biol. 1994. - Vol. 241. - N. 2. - P. 283-287.

118. Tanner J.J., Miller M.D., Wilson K.S., Tu S-C. Krause K.L. Structure of bacterial luciferase p2 homodimer: interaction for flavin binding // Biochemistry. -1997. Vol. 36. - N. 4.- P. 665-672.

119. Tanner J.J. Lei В., Tu S-C., Krause K.L. Flavin reductase P: Structure of the dimeric enzyme that reduced flavin // Biochemistry. 1996. - Vol. 35. - P. 1353113539.

120. Tatsumi H., Nakase H., Капо K., Ikeda T. Mechanistic study of the autoxidation of reduced flavin and quinone compounds. // J. Electroanalytical Chemistry. 1998. - Vol. 443. - P. 236-242.

121. Tu S.-C. Bacterial luciferase 4a-hydroperoxyflavin intermediates: stabilization, isolation, and properties // Methods Enzymol. 1986. - Vol. 133. - P. 1-28.

122. Tu S.-C. Isolation and properties of bacterial luciferase-oxygenated flavin intermediate complexed with long-chain alcohols 11 Biochemistry. 1979. - Vol. 18.-N. 26.-P. 5940-5945.

123. Tu S.-C. Isolation and properties of bacterial luciferase-oxygenated intermediates containing different oxygenated flavins // J. Biol. Chem. 1982. -Vol. 257.-P. 3719-3725.

124. Tu S.-C. Reduced flavin: donor and acceptor enzymes and mechanisms of channeling // Antioxid Redox Signal. -2001. Vol. 3. -N. 5. - P. 881-97.

125. Tu S.-C., Becvar J.E., Hastings J.W. Kinetic studies on the mechanism of bacterial NAD(P)H: flavin oxidoreductase // Arch. Biochem. and Biophys. 1979. -Vol. 193.-P.l 10-116.

126. Tu S.-C., Lei В., Yu. Y., Liu M. Characterization of Vibrio harveyi NADPH:FMN oxidoreductase and mechanism of reduced flavin transfer to luciferase // Flavins and Flavoproteins.- 1997. P. 357-366.

127. Tu S.-C., Mager H. Biochemistry of bacterial bioluminescence. //' Photochem. Photobiol. 1995. - Vol. 62. - P. 615-624.

128. Tyulkova N.A. Purification of bacterial luciferase from Photobacterium leiognathi with the use of FPLC-system. // Biological luminescence. / editors Jezowska-Trzebiatowska B, Kochel B, Stawinski J, Strek W. Singapore: World Scient. - 1990. - P. 369-74.

129. Van den Berg P. A.W., van Hoek A., Walentas D., Perham R. N., Visser A.J.W.G. Flavin fluorescence dynamics and photoinduced electron transfer in Escherichia coli glutation reductase // Photochem. Photobiol. 1998. - Vol. 74. -P. 2046-2058.

130. Van Dyk Т.К., Majarian W.R., Konstantinov K.B., Young R.M., Dhurjati P.S., LaRossa R.A. Rapid sensitive pollutantdetection of heat shock gene-bioluminescence gene fusion. // Appl. Environ. Microbiol. -1994. Vol. 60. P. 1414-1420.

131. Van Hoek A., Visser A.J.W.G. Efficient method for the extraction of second harmonic light after extracavity frequency doubling // Appl. Optics. 1990. -Vol.29. -P. 2661-2663.

132. Van Hoek A., Visser A.J.W.G. Pulse selection system with electro-optic modulators applied to mode-locked cw lasers and time-resolved single photon counting//Rev. Sci. Instruments. 1981.-Vol. 52.-P. 1199-1205.

133. Vervoort J., Muller F., O'Kane D.J., Lee J., Bacher A. Bacterial luciferase: a carbon-13, nitrogen-15, and phosphorus-31 nuclear magnetic resonance investigation // Biochemistry. 1986. - Vol. 25. - P. 9067-8075.

134. Visser A.J.W.G., van Hoek A., Visser N.V., Lee Y., Ghisla S. Time-resolved fluorescence study of the dissociation of FMN from the Yellow fluorescence protein from Vibrio fischeri II Photochem. Photobiol. 1997. - Vol. 65.-P. 570-575.

135. Visser A.J.W.G., Vervoort J., O'Kane D., Lee J., Carreira L.A. Raman Spectra of flavin bound in flavodoxins and other flavoproteins. Evidence for structural variations in the flavin-binding region // Eur. J. Biochem. 1983. - Vol. 131.-P. 639-645.

136. Vos K., A. van Hoek, A.J.W.G. Visser. Application of a reference deconvolution method to trytophan fluorescence in proteins. A refined description of rotation dynamics // Eur. J. Biochem. 1987. - Vol. 165. - P. 55-63.

137. Vrielink A., Lloyd L., Blow D.M. Cristal structure of cholesterol oxidase from Brevibacterium sterolicum refined at 1.8 A resolution. // J.Mol. Biol., 1991.219: 533-554.

138. Waddle J., Baldwin Т.О. Individual a and {3 subunits of bacterial luciferase exhibit bioluminescence activity 11 Biochem. Biophys. Res. Commun. 1991.- Vol. 178. -P. 1188-1193.

139. Watanabe Т., Nakamura T. Studies on luciferase from Photobacterium Phosphoreum. VIII. FMN-H2O2 initiated bioluminescence and thermodynamics of elementary steps of the luciferase reaction // J. Biochemistry. 1976. - Vol. 79. -P. 489-495.

140. Wei C.J., Lei B, Tu S.C. Characterization of the Binding of Photobacterium phosphoreum P-flavin by Vibrio harveyi Luciferase // Arch Biochem Biophys, -2001.-Vol. 396.-N. 2.-P. 199-206.

141. Williams C.H., Lipoamide dehydrogenase, glutathione reductase, thioredoxin reductase, and mercuric ion reductase a family of flavoenzyme transhydrogenases // Chemistry and Biochemistry of flavoenzymes. - 1992. - P. 3121-213.

142. Ziegler M.M., Baldvin Т.О. Biochemestry of bacterial bioluminescence // Current Topics in Bioenergetics. 1981. - P. 66-113.

143. Zenno S and Saigo K. Identification of the encoding the major NAD(P)H-flavin oxidoreductase of the bacterium Vibrio fischeri ATCC 7744 // J. Bacteriology. 1994.-Vol. 176.-P. 3544-3551.

144. Zhou Z., Swenson R.P. Electrostatic effects of surface acidic amino acid residues on the oxidation reduction potentials of the flavodoxin from Desulfovibrio vulgaris (Hildenborough) // Biochemistry. - 1995. - Vol. 34. - P. 3183-3194.

145. РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННА^' БИБЛИОТЕКА- в ехь