Renilla-luciferina 2-monooxigenasa

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La Renilla-luciferina 2-monooxigenasa, luciferasa de Renilla o RLuc, es una enzima bioluminiscente presente en Renilla reniformis, perteneciente al grupo de las luciferasas de coelenterazina. De este grupo de enzimas, la luciferasa de Renilla reniformis ha sido la más estudiada y, debido a su bioluminiscencia, que requiere únicamente oxígeno molecular, tiene una amplia gama de aplicaciones, como sonda de genes reporteros en cultivos celulares, imágenes in vivo y otras áreas de la investigación biológica. Recientemente, se han desarrollado quimeras de RLuc, que han demostrado ser las proteínas luminiscentes más brillantes hasta la fecha, y han demostrado ser eficaces tanto en imágenes no invasivas de células individuales como de cuerpo entero.

Tenga en cuenta que el registro EC también incluye otras enzimas no relacionadas que catalizan la misma reacción. Un ejemplo es la fotoproteína dependiente de calcio aequorina: mientras que Rluc pertenece a la superfamilia de las hidrolasas AB, la aequorina es una proteína de mano EF. El nombre no se refiere específicamente a Renilla, sino a Renilla-luciferina, una sustancia química también conocida como coelenterazina.

Reacción química

La RLuc es una oxidorreductasa que actúa específicamente sobre donantes individuales con O2 como oxidante. Sin embargo, esta enzima parece no estar relacionada con la mayoría de las demás luciferasas que actúan sobre la coelenterazina, como las de los copépodos. La RLuc cataliza la reacción química.

Coelenterazine + O2 coelenteramida + CO2 + hν

En el proceso, la coelenterazina se oxida con una pérdida simultánea de CO2 y se emite un fotón de luz azul.

Función biológica

En Renilla reniformis, RLuc se encuentra en estructuras intracelulares unidas a la membrana dentro de células especializadas emisoras de luz, y está acoplado a una proteína fluorescente verde (RrGFP) con una interacción estrecha y a una proteína de unión a luciferina activada por Ca++ (RrLBP). Aunque la oxidación de la coelenterazina, catalizada por la luciferasa, libera un fotón de luz azul (480 nm), esto no se observa in vivo. En cambio, la energía liberada por la reacción que involucra a RLuc se transfiere mediante transferencia de energía de resonancia al fluoróforo de RrGFP y se emite como un fotón verde (505 nm), lo que resulta en la bioluminiscencia verde observada en el animal. Este proceso se basa en un mecanismo de transferencia de energía de resonancia de Förster (FRET), que aumenta aproximadamente seis veces el número de fotones emitidos.

Estructura

La luciferasa de Renilla contiene 311 aminoácidos y es activa como un monómero de cadena polipeptídica monoesférica de 36 kDa, con tendencia a la autoasociación, formando dímeros y trímeros inactivos. Al igual que otras enzimas de la superfamilia de las deshalogenasas, presenta una secuencia de plegamiento α/β-hidrolasa característica en su núcleo y comparte la tríada catalítica conservada de residuos empleada por las deshalogenasas. En RLuc, el bucle que contiene los residuos 153-163 es estructuralmente flexible, lo que facilita una mayor difusión de disolventes hacia el sitio activo, que contiene una tríada catalítica altamente conservada: ácido aspártico en el residuo 120, ácido glutámico en el residuo 144 e histidina en el residuo 285.

Enzyme pathway

A diferencia de las fotoproteínas, que se unen de forma estable a la coelenterazina y emiten luz al añadir calcio, la coelenterazina se une normalmente a RrLBP, la proteína que se une a la luciferina. Al ser estimulada, un ion Ca2+ interactúa primero con RrLBP, provocando la liberación de coelenterazina. Posteriormente, RLuc oxida la coelenterazina a coelenteramida, liberando un fotón de luz azul (480 nm) en el proceso. Este fotón es capturado por la GFP adyacente, liberando un fotón de luz verde. Esta vía se resume a continuación.

Mecanismo

La reacción química mediada por RLuc implica la degradación catalítica de la coelenterazina y se produce a través de un intermediario, el 1,2-dioxetano (también llamado dioxetanona o peróxido cíclico). Basándose en estudios con especies de oxígeno marcadas radiactivamente dentro del complejo RLuc, se ha determinado que el oxígeno del carbonilo de la luciferina se intercambia rápidamente con el oxígeno del agua antes de la incorporación de un átomo de oxígeno del O2 a través de un intermediario de dioxetano. El CO2 resultante también intercambia rápidamente sus oxígenos con los del agua circundante. El mecanismo general se describe a continuación.
Mechanism of Renilla Luciferase and its conversion of coelenterazine to coelenteramide, CO2 and a photon of light
Mecanismo de Renilla Luciferase y su conversión de coelenterazina a coelenteramida, CO2 y un fotones de luz

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