Renilla-luciferin 2-monooxygenáza - Renilla-luciferin 2-monooxygenase - Wikipedia

Renilla-luciferin 2-monooxygenáza
2psj.png
Renilla reniformis luciferáza s navázaným coelenteramidem. PDB: 2 PSJ​[1]
Identifikátory
EC číslo1.13.12.5
Číslo CAS61869-41-8
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Renilla-luciferin 2-monooxygenáza, Renilla luciferázanebo RLuc, je bioluminiscenční enzym nalezen v Renilla reniformis, patřící do skupiny coelenterazin luciferázy. Z této skupiny enzymů, luciferázy z Renilla reniformis byl nejrozsáhleji studován a díky své bioluminiscenci vyžadující pouze molekulární kyslík má širokou škálu aplikací s využitím jako sondy reportérového genu v buněčné kultuře, zobrazování in vivo a různých dalších oblastech biologického výzkumu.[2] Nedávno byly vyvinuty chiméry RLuc, u nichž se prokázalo, že jsou dosud nejjasnějšími luminiscenčními proteiny a které se ukázaly jako účinné při neinvazivním zobrazování jednotlivých buněk i celého těla.[3]

Všimněte si, že záznam EC zahrnuje také další nepříbuzné enzymy, které katalyzují stejnou reakci. Příkladem je vápník závislý fotoprotein ekvorin: zatímco je Rluc v AB hydroláza superrodina, aequorin je EF ruka protein.[4] Název konkrétně neodkazuje Renilla, ale místo toho odkazuje na Renilla-luciferin, chemickou látku známou také jako coelenterazin.

Chemická reakce

RLuc je oxidoreduktáza, konkrétně působící na jednotlivé dárce s O2 jako oxidant. Zdá se však, že tento enzym nesouvisí s většinou ostatních luciferáz, které působí na coelenterazin, jako jsou ty z copepods.RLuc katalyzuje the chemická reakce

Coelenterazin + O.2 coelenteramid + CO2 + hν

V tomto procesu je coelenterazin oxidován se současnou ztrátou CO2 a foton je emitováno modré světlo.[5]

Biologická funkce

v Renilla reniformis, RLuc se nachází v membránově vázaných intracelulárních strukturách ve specializovaných buňkách emitujících světlo,[6][7] a je spojena s úzce interagující zelený fluorescenční protein (RrGFP),[8] a Ca++ aktivovaný protein vázající luciferin (RrLBP).[9] Ačkoli oxidace koelenterazinu katalyzovaná luciferázou uvolňuje foton modrého světla (480 nm), není to pozorováno in vivo. Místo toho je energie uvolněná reakcí zahrnující RLuc předávána prostřednictvím přenosu rezonanční energie do fluoroforu RrGFP a emitována jako zelený foton (505 nm),[10] což má za následek zelenou bioluminiscence pozorovanou u zvířete. Tento proces se opírá o a Försterův přenos rezonanční energie (FRET) mechanismus, zvyšující počet emitovaných fotonů přibližně šestkrát.[11]

Struktura

Renilla luciferáza obsahuje 311 aminokyseliny,[1] a je aktivní jako téměř sférický singl polypeptid řetězový monomer 36 kDa, které mají tendenci se sdružovat, tvoří neaktivní dimery a trimery.[12][13] Jako ostatní nadrodina dehalogenázy enzymy, má ve svém jádru charakteristickou ohybovou sekvenci α / β-hydrolázy[14] a sdílí konzervovanou katalytickou triádu zbytků použitých dehalogenázy.[15] V RLuc je smyčka obsahující zbytky 153 - 163 strukturně pružná, což usnadňuje větší difúzi rozpouštědel do aktivního místa, které obsahuje vysoce konzervativní katalytická triáda skládající se z Kyselina asparagová při zbytku 120, Kyselina glutamová ve zbytku 144 a Histidin ve zbytku 285.[1]

Enzymová cesta

Na rozdíl od fotoproteiny které se stabilně váží coelenterazin a emitují světlo po přidání vápníku, coelenterazin je normálně vázán RrLBP, proteinem vázajícím luciferin. Když je stimulován, Ca2+ ion nejprve interaguje s RrLBP, což způsobuje jeho uvolňování coelenterazinu.[9] Coelenterazin je tedy oxidovaný podle RLuc do coelenteramid, vydává singl foton modrého světla (480 nm). Tento foton je zachycen sousedním GFP a uvolňuje foton zelené světlo. Tato cesta je shrnuta níže.

Mechanismus

Zprostředkoval RLuc chemická reakce zahrnuje katalytickou degradaci coelenterazinu a probíhá prostřednictvím 1,2-dioxetan (nazývaný také dioxetanon nebo cyklický peroxid) meziprodukt.[16] Na základě studií využívajících radioaktivně značené druhy kyslíku v komplexu RLuc bylo zjištěno, že karbonylový kyslík luciferinu se před začleněním atomu kyslíku z O rychle vyměňuje s kyslíkem z vody.2 přes a dioxetan středně pokročilí. Výsledný CO2 také rychle vyměňuje své kyslíky s těmi z okolní vody.[17] Obecný mechanismus je znázorněn níže.

Mechanismus renilla luciferázy a její přeměna coelenterazinu na coelenteramid, CO2 a foton světla

Reference

  1. ^ A b C Loening AM, Fenn TD, Gambhir SS (prosinec 2007). "Krystalové struktury luciferázy a zeleného fluorescenčního proteinu z Renilla reniformis". Journal of Molecular Biology. 374 (4): 1017–28. doi:10.1016 / j.jmb.2007.09.078. PMC  2700051. PMID  17980388.
  2. ^ Daunert, Sylvia (2006). Fotoproteiny v bioanalýze. John Wiley & Sons.
  3. ^ Saito K, Chang YF, Horikawa K, Hatsugai N, Higuchi Y, Hashida M, Yoshida Y, Matsuda T, Arai Y, Nagai T (11. prosince 2012). „Luminiscenční proteiny pro vysokorychlostní zobrazování jednotlivých buněk a celého těla“. Příroda komunikace. 3: 1262. Bibcode:2012NatCo ... 3.1262S. doi:10.1038 / ncomms2248. PMC  3535334. PMID  23232392.
  4. ^ MetaCyc apoekvorin-1
  5. ^ Schomburg, Dietmar (1994). Příručka pro enzymy. Springer.
  6. ^ Anderson JM, Cormier MJ (duben 1973). "Lumisomes, buněčné místo bioluminiscence v coelenterates". The Journal of Biological Chemistry. 248 (8): 2937–43. PMID  4144548.
  7. ^ Spurlock BO, Cormier MJ (leden 1975). „Studie jemné struktury antokodia v Renilla mülleri. Důkazy o existenci bioluminiscenční organely, luminel“. The Journal of Cell Biology. 64 (1): 15–28. doi:10.1083 / jcb.64.1.15. PMC  2109472. PMID  233975.
  8. ^ Ward WW, Cormier MJ (únor 1979). „Protein pro přenos energie v bioeluminiscenci coelenterátu. Charakterizace zeleno-fluorescenčního proteinu Renilla“. The Journal of Biological Chemistry. 254 (3): 781–8. PMID  33175.
  9. ^ A b Inouye S (březen 2007). "Exprese, čištění a charakterizace vápníkem spouštěného luciferin vázajícího proteinu z Renilla reniformis". Exprese a čištění proteinů. 52 (1): 66–73. doi:10.1016 / j.pep.2006.07.028. PMID  16997571.
  10. ^ Martel C, Dugré-Brisson S, Boulay K, Breton B, Lapointe G, Armando S, Trépanier V, Duchaîne T, Bouvier M, Desgroseillers L (březen 2010). "Multimerizace Staufen1 v živých buňkách". RNA. 16 (3): 585–97. doi:10.1111 / j.1751-1097.1978.tb07621.x. PMC  2822923. PMID  20075165.
  11. ^ Ward WW, Cormier MJ (září 1976). „Přenos energie in vitro v bioluminiscence Renilla“. The Journal of Physical Chemistry. 80 (20): 2289–91. doi:10.1021 / j100561a030.
  12. ^ Matthews JC, Hori K, Cormier MJ (leden 1977). "Čištění a vlastnosti luciferázy z Renilla reniformis". Biochemie. 16 (1): 85–91. doi:10.1021 / bi00620a014. PMID  12797.
  13. ^ Karkhanis YD, Cormier MJ (leden 1971). „Izolace a vlastnosti luciferázy z Renilla reniformis, enzymu pro přeměnu energie na nízkou molekulovou hmotnost“. Biochemie. 10 (2): 317–26. doi:10.1021 / bi00778a019. PMID  4395343.
  14. ^ Ollis DL, Cheah E, Cygler M, Dijkstra B, Frolow F, Franken SM, Harel M, Remington SJ, Silman I, Schrag J (duben 1992). „Složení alfa / beta hydrolázy“ (PDF). Proteinové inženýrství. 5 (3): 197–211. doi:10.1093 / protein / 5.3.197. PMID  1409539.
  15. ^ Loening AM, Fenn TD, Wu AM, Gambhir SS (září 2006). „Konsensem řízená mutageneze luciferázy Renilla poskytuje zvýšenou stabilitu a světelný výkon“. Proteinové inženýrství, design a výběr. 19 (9): 391–400. doi:10.1093 / protein / gzl023. PMID  16857694.
  16. ^ Anderson JM, Charbonneau H, Cormier MJ (březen 1974). "Mechanismus indukce vápníku bioluminiscence Renilla. Zapojení vápníkem spouštěného luciferin vázajícího proteinu". Biochemie. 13 (6): 1195–200. doi:10.1021 / bi00703a602. PMID  4149963.
  17. ^ Hart RC, Stempel KE, Boyer PD, Cormier MJ (duben 1978). „Mechanismus enzymem katalyzované bioluminiscenční oxidace luciferinu typu coelenterate“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 81 (3): 980–6. doi:10.1016 / 0006-291X (78) 91447-X. PMID  27179.