لوسیفراز حشره شب تاب یک آنزیم مونواکسیژناز بوده و در حضور atp، لوسیفرین را به لوسیفریل-آدنیلات تبدیل نموده که در یک واکنش چند مرحله ای، به حالت برانگیخته اکسی لوسیفرین تبدیل می شود. با برگشت اکسی لوسیفرین برانگیخته به حالت پایه، تولید نور سبز رنگ می نماید. نور تولید شده توسط این آنزیم، یکی از حساس ترین ابزارهای تشخیص دقیق atp بوده و به منظور اندازه گیری آلودگیهای میکروبی، سنجش گزارشگرهای ژنتیکی در بیولوژی مولکولی و در تعیین توالی dna استفاده می شود. با این حال، آنزیم لوسیفراز بسیار ناپایدار است و به سرعت فعالیت خود را حتی در دمای اتاق از دست می دهد. این امر منجر به از دست رفتن حساسیت و دقت کاربردهای تشخیصی آنزیم می شود. به همین دلیل به منظور استفاده بیشتر از این آنزیم و توسعه این فناوری، تلاشهای بسیاری با جهش زایی هدفدار برای جداسازی یک نمونه جهش یافته با ویژگی های مناسب انجام شده است. مطالعات مهندسی پروتئین نشان داده است که پروتئین های گرمادوست، دارای فراوانی بیشتری از اسیدهای آمینه آرژنین به ویژه در نواحی سطحی می باشند. به منظور بررسی اثر ایجاد بارهای سطحی آرژنین بر پایداری آنزیم لوسیفراز و مطالعه بیشتر نقش لوپ ها در پایداری آنزیم، تعدادی از اسیدهای آمینه سطحی در معرض حلال در آنزیم لوسیفراز lampyris turkestanicus به آرژنین تغییر داده شدند. همه این اسیدهای آمینه در بخش لوپ های سطحی آنزیم لوسیفراز l. tu قرار دارند. جهش های اولیه بر روی نمونه های جهش یافته e354q/arg356 و e354r/arg356 و بصورت جهش های منفرد q35r، i182r، i232r و l300r و سپس جهش های دوتایی q35r/i232r و جهش های سه تایی q35r/i232r/i182r ایجاد شدند. لوسیفرازهای طبیعی و جهش یافته، بیان و تخلیص شده و ویژگیهای سینتیکی و ساختاری آنها مورد مطالعه قرار گرفت. طیف های نشری بیولومینسانس نشان می دهند که جایگزینی این اسیدهای آمینه با آرژنین، اثری بر ماکزیمم طول موج نشری آنزیم ندارد. همچنین جهش یافته های دوگانه e354q/arg356 و سه گانه q35r/i232r/i182r فعالیت ویژه لوسیفراز را حفظ کرده اند. با افزودن آرژنین، دمای بهینه فعالیت جهش یافته های i232r ، e354q/arg356 و q35r/i232r/i182r به °c 40 افزایش یافته که °c 15 بیشتر از لوسیفراز طبیعی می باشد. همچنین، بعد از نگهداری نمودن نمونه ها به مدت 40 دقیقه در دمای °c40، فعالیت باقی مانده نسبی آنزیم طبیعی فقط در حدود 5% فعالیت اولیه آن می باشد در صورتیکه فعالیت باقی مانده برای نمونه های i232r ، e354q/arg356 و q35r/i232r/i182r به ترتیب در حدود 60، 80 و 80 درصد فعالیت اولیه می باشد.

آنزیم لوسیفراز حشره شب تاب در طی دو مرحله، مرحله اول با نقش لیگازی با استفاده از atp و mg2+ و مرحله دوم با نقش مونواکسیژنازی و با استفاده از o2 باعث تبدیل سوبسترای خود، لوسیفرین به ترکیب برانگیخته اکسی لوسیفرین می شود که در هنگام برگشت به حالت پایه ایجاد نور با بازده کوانتایی بالا می کند. در بین حشرات تنها گونه p. hirtus از railrod worms به طور طبیعی دارای بیولومینسانس نشر نور قرمز است. وجود r353 در گونه p. hirtus که در بقیه لوسیفرازهای با نشر نور سبز حذف شده، یکی از ویژگیهای ساختاری بارز آن است. ورود اسیدآمینه آرژینین در موقعیت مشابه در گونه ایرانی l. turkestanicus باعث شیفت نور قرمز و پایداری حرارتی شد. در این رساله برای بررسی بیشتر نقش این موقعیت در رابطه با مکانیسم ایجاد رنگ نور از ورود چهار اسید آمینه (r، k، e، q) با اندازه زنجیره جانبی مشابه ولی با بار متفاوت در گونه p. pyralis استفاده شد. ورود اسید آمینه های با بار مثبت (r356، k356) باعث شیفت رنگ نوری از سبز به قرمز شد در حالیکه ورود اسید آمینه با بار منفی (e356) تاثیر کمتر و اسید آمینه با بار خنثی (q356) تاثیری بر روی شیفت رنگ نوری نداشت. به منظور بررسی ارتباط بین عملکرد نشر نور و ساختار، مطالعات ساختاری با استفاده از هومولوژی مدلینگ و تکنیک فلورسانس انجام شد. نتایج به دست آمده از هومولوژی مدلینگ تغییرات ساختاری را به صورت یکسری برآمدگی در لوپ انعطاف پذیر در مورد موتانت ها نسبت به لوسیفراز وحشی نشان داد. تغییرات رنگ با جابجایی لوپ در مورد موتانت ها منطبق است. نتایج به دست آمده از فلورسانس فشردگی ساختاری را در مورد موتانت های e356 و q356 و افزایش انعطاف پذیری در مورد موتانت k356 نشان داد. از مهمترین نتایج سینتیکی می توان به افزایش پایداری نسبی در مورد جهش q356 و کاهش پایداری در مورد موتانت های با بار مثبت (r356, k356) و منفی (e356) اشاره کرد.