Ренилла-люциферин-2-монооксигеназа - Википедия - Renilla-luciferin 2-monooxygenase

Ренилла-люциферин-2-монооксигеназа
2psj.png
Renilla reniformis люцифераза со связанным целентерамидом. PDB: 2PSJ​[1]
Идентификаторы
Номер ЕС1.13.12.5
Количество CAS61869-41-8
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Ренилла-люциферин-2-монооксигеназа, Люцифераза Renilla, или же RLuc, это биолюминесцентный фермент нашел в Renilla reniformis, принадлежащих к группе коэлентеразин люциферазы. Из этой группы ферментов люцифераза из Renilla reniformis был наиболее широко изучен и из-за его биолюминесценции, требующей только молекулярного кислорода, имеет широкий спектр применений, включая использование в качестве зонда репортерного гена в культуре клеток, визуализации in vivo и в различных других областях биологических исследований.[2] Недавно были разработаны химеры RLuc, которые продемонстрировали, что они являются самыми яркими люминесцентными белками на сегодняшний день, и доказали свою эффективность как при неинвазивной визуализации отдельных клеток, так и всего тела.[3]

Обратите внимание, что запись EC также включает другие неродственные ферменты, которые катализируют ту же реакцию. Примером может служить кальций-зависимый фотобелок экуорин: пока Рлюк находится в AB гидролаза надсемейство, экворин является EF рука белок.[4] Название конкретно не относится к Ренилла, но вместо этого относится к ренилла-люциферину, химическому веществу, также известному как коелентеразин.

Химическая реакция

RLuc - это оксидоредуктаза, специально действуя на одиночных доноров с O2 как окислитель. Однако этот фермент, по-видимому, не связан с большинством других люцифераз, которые действуют на целентеразин, например с ферментами из копеподы.RLuc катализирует в химическая реакция

Целентеразин + O2 целентерамид + CO2 + hν

В процессе коэлентеразин окисляется с одновременной потерей CO2, а фотон синего света излучается.[5]

Биологическая функция

В Renilla reniformis, RLuc обнаруживается в мембраносвязанных внутриклеточных структурах в специализированных светоизлучающих клетках,[6][7] и сочетается с тесно взаимодействующим зеленый флуоресцентный белок (RrGFP),[8] и Ca++ активированный люциферин-связывающий белок (RrLBP).[9] Хотя катализируемое люциферазой окисление целентеразина высвобождает фотон синего света (480 нм), этого не наблюдается. in vivo. Вместо этого энергия, выделяемая в результате реакции с участием RLuc, передается через резонансную передачу энергии флуорофору RrGFP и излучается в виде зеленого фотона (505 нм),[10] в результате у животного наблюдается зеленая биолюминесценция. Этот процесс основан на Фёрстеровский резонансный перенос энергии (FRET), увеличивающий количество излучаемых фотонов примерно в шесть раз.[11]

Структура

Люцифераза Renilla содержит 311 аминокислоты,[1] и активен как почти сферический одиночный полипептид цепной мономер 36 кДа, которые имеют тенденцию к самоассоциации с образованием неактивных димеров и тримеров.[12][13] Как и другие надсемейство дегалогеназ ферментов, он имеет характерную складчатую последовательность α / β-гидролазы в его ядре[14] и разделяет консервативную каталитическую триаду остатков, используемых дегалогеназы.[15] В RLuc петля, содержащая остатки 153 - 163, структурно гибка, что способствует большей диффузии растворителей в активный центр, который содержит очень консервативный каталитическая триада состоящий из Аспарагиновая кислота при остатке 120, Глютаминовая кислота при остатке 144 и Гистидин при остатке 285.[1]

Ферментный путь

В отличие от фотопротеины которые стабильно связывают коэлентеразин и испускать свет при добавлении кальция, целентеразин обычно связывается с RrLBP, люциферин-связывающим белком. При стимуляции Са2+ ion сначала взаимодействует с RrLBP, заставляя его высвобождать целентеразин.[9] Целентеразин тогда окисленный по RLuc в целентерамид, выпустив сингл фотон синего света (480 нм) в процессе. Этот фотон захватывается соседним GFP, высвобождая фотон зеленый свет. Этот путь кратко описан ниже.

Механизм

RLuc опосредовано химическая реакция вовлекает каталитическую деградацию коэлентеразина и протекает через 1,2-диоксетан (также называемый диоксетаноном или циклической перекисью) промежуточное соединение.[16] На основании исследований с использованием радиоактивно меченных форм кислорода в комплексе RLuc было определено, что кислород карбонила люциферина быстро обменивается с кислородом воды до включения атома кислорода из O2 через диоксетан средний. Образующийся CO2 также быстро обменивается кислородом с кислородом из окружающей воды.[17] Общий механизм изображен ниже.

Механизм люциферазы Renilla и ее превращение целентеразина в целентерамид, CO2 и фотон света

Рекомендации

  1. ^ а б c Лёнинг AM, Фенн Т.Д., Гамбхир СС (декабрь 2007 г.). «Кристаллические структуры люциферазы и зеленого флуоресцентного белка из Renilla reniformis». Журнал молекулярной биологии. 374 (4): 1017–28. Дои:10.1016 / j.jmb.2007.09.078. ЧВК  2700051. PMID  17980388.
  2. ^ Даунерт, Сильвия (2006). Фотопротеины в биоанализе. Джон Вили и сыновья.
  3. ^ Сайто К., Чанг Ю.Ф., Хорикава К., Хацугай Н., Хигучи Ю., Хашида М., Йошида Ю., Мацуда Т., Араи Ю., Нагай Т. (11 декабря 2012 г.). «Люминесцентные белки для высокоскоростной визуализации отдельных клеток и всего тела». Nature Communications. 3: 1262. Bibcode:2012НатКо ... 3.1262S. Дои:10.1038 / ncomms2248. ЧВК  3535334. PMID  23232392.
  4. ^ MetaCyc апоэкворин-1
  5. ^ Шомбург, Дитмар (1994). Справочник по ферментам. Springer.
  6. ^ Андерсон Дж. М., Кормье М. Дж. (Апрель 1973 г.). «Люмисомы, клеточный сайт биолюминесценции кишечнополостных». Журнал биологической химии. 248 (8): 2937–43. PMID  4144548.
  7. ^ Сперлок Б.О., Кормье MJ (январь 1975 г.). «Исследование тонкой структуры антокодиума в Renilla mülleri. Доказательства существования биолюминесцентной органеллы, люминеллы». Журнал клеточной биологии. 64 (1): 15–28. Дои:10.1083 / jcb.64.1.15. ЧВК  2109472. PMID  233975.
  8. ^ Уорд WW, Кормье MJ (февраль 1979 г.). «Белок переноса энергии в биолюминесценции кишечнополостных. Характеристика зеленого флуоресцентного белка Renilla». Журнал биологической химии. 254 (3): 781–8. PMID  33175.
  9. ^ а б Иноуе С (март 2007 г.). «Экспрессия, очистка и характеристика кальций-триггерного люциферин-связывающего белка Renilla reniformis». Экспрессия и очистка белков. 52 (1): 66–73. Дои: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 (март 2010 г.). «Мультимеризация Staufen1 в живых клетках». РНК. 16 (3): 585–97. Дои:10.1111 / j.1751-1097.1978.tb07621.x. ЧВК  2822923. PMID  20075165.
  11. ^ Уорд WW, Кормье MJ (сентябрь 1976 г.). «Перенос энергии in vitro при биолюминесценции Renilla». Журнал физической химии. 80 (20): 2289–91. Дои:10.1021 / j100561a030.
  12. ^ Мэтьюз Дж. К., Хори К., Кормье М. Дж. (Январь 1977 г.). «Очистка и свойства люциферазы Renilla reniformis». Биохимия. 16 (1): 85–91. Дои:10.1021 / bi00620a014. PMID  12797.
  13. ^ Карханис Ю.Д., Кормье MJ (январь 1971 г.). «Выделение и свойства люциферазы Renilla reniformis, низкомолекулярного фермента преобразования энергии». Биохимия. 10 (2): 317–26. Дои:10.1021 / bi00778a019. PMID  4395343.
  14. ^ Оллис Д.Л., Чеа Э., Циглер М., Дейкстра Б., Фролов Ф., Франкен С.М., Харел М., Ремингтон С.Дж., Силман И., Шраг Дж. (Апрель 1992 г.). «Альфа / бета гидролазная складка» (PDF). Белковая инженерия. 5 (3): 197–211. Дои:10.1093 / протеин / 5.3.197. PMID  1409539.
  15. ^ Loening AM, Fenn TD, Wu AM, Gambhir SS (сентябрь 2006 г.). «Управляемый консенсусом мутагенез люциферазы Renilla обеспечивает повышенную стабильность и светоотдачу». Белковая инженерия, дизайн и выбор. 19 (9): 391–400. Дои:10.1093 / белок / gzl023. PMID  16857694.
  16. ^ Андерсон Дж. М., Шарбонно Г., Кормье М. Дж. (Март 1974 г.). «Механизм кальциевой индукции биолюминесценции Renilla. Вовлечение кальций-триггерного люциферин-связывающего белка». Биохимия. 13 (6): 1195–200. Дои:10.1021 / bi00703a602. PMID  4149963.
  17. ^ Hart RC, Stempel KE, Boyer PD, Cormier MJ (апрель 1978 г.). «Механизм ферментативно-катализируемого биолюминесцентного окисления люциферина кишечнополостного типа». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 81 (3): 980–6. Дои:10.1016 / 0006-291X (78) 91447-X. PMID  27179.