Aequorin

Aequorin-1 ( Aequorea victoria )
Aequorin-1 (Aequorea victoria)
Båndmodell av aequorin-2 i henhold til FBB  1EJ3 med uthevet tyrosin 184 (rosa) og bundet coelenterazin (blå)

Eksisterende strukturelle data : 1sl8

Masse / lengde primærstruktur 189 aminosyrer
Kofaktor Ca 2+
Identifikator
Eksterne ID-er
Enzymklassifisering
EC, kategori 1.13.12.5 ,  monooxygenase
Underlag Coelenterazine, luciferin + O 2
Hendelse
Parent taxon Cnidaria

Aequorin er et fotoprotein fra bioluminescent manet av den slekten Aequorea . Det best undersøkte er aequorin fra Aequorea victoria . Coelenterazine , et luciferin , er bundet i aequorin . Etter tilsetning av kalsiumioner, det avgir lys kvanter in vitro med en bølgelengde på λ max = 470 nm ( A. Victoria ), noe som er grunnen til at det også er kjent som “blå fluorescerende protein”. I det følgende vises det til aequorin fra A. victoria .

historie

Aequorin ble opprinnelig isolert fra Aequorea victoria av Osamu Shimomura i 1961 . Strukturen til coelenterazin, det bundne luciferin, ble belyst i 1974. I 1990 ble genet for aequorin klonet fra A. victoria .

struktur

Strukturell formel for coelenterazin

Aequorin består av selve apoprotein apoaequorin (189  aminosyrer , 22  kDa ) og dets protesegruppe coelenterazin , den mye mindre luciferin med en molær masse på 423. Coelenterazine er bundet til proteinet via en peroksidbro .

Apoproteinet inneholder fire helix-loop-helix-motiver ( EF-hender ), hvorav tre kan binde kalsiumioner. Den krystallstruktur aequorin ble bestemt i 2000 i en oppløsning på 2,3 Å og publisert.

Aequorin er en av de best studerte kalsiumion-bindende fotoproteiner. Det antas også å stamme fra vanlige kalsiumbindende proteiner som calmodulin .

biokjemi

Aequorin inneholder et coelenterazinmolekyl bundet av en peroksidbro, selve luciferin. Hvis de tre bindingsstedene er opptatt av kalsiumioner, endres konformasjonen av proteinet, slik at en intramolekylær reaksjon utløses. Som et resultat omdannes coelenterazin til ustabil dioksetan . Etter dekarboksylering dannes anionet av coeleteramid i en elektronisk eksitert tilstand . Etter avslapning til grunntilstanden frigjøres et lyskvantum.

Etter at de bundne kalsiumionene er frigitt, kan aequorin regenereres med molekylært oksygen og et nytt molekyl av coelenterazin. Imidlertid er den nøyaktige mekanismen fortsatt ukjent.

Den kvanteutbytte på denne reaksjon er Q = 0,15-0,20.

Mekanisme for aequorin bioluminescens.

In vivo aktivitet

A. victoria maneter lyser blågrønt, fordi aequorin overfører en del av energien fra bioluminescensreaksjonen til det grønne fluorescerende proteinet (GFP) via Förster resonans energioverføring .

applikasjoner

Siden Aequorins bioluminescens krever kalsiumioner, kan den brukes som en intramolekylær kalsiumsensor. Den intracellulære kalsiumkonsentrasjonen av kontraherende muskelfibriller ble analysert allerede i 1967 . I 1985 ble aequorin cDNA klonet. Dette tillater transformasjon av genet for apoaequorin i forskjellige organismer ( bakterier , gjær , planter og dyreceller). For eksempel kan den cytosoliske kalsiumkonsentrasjonen måles etter visse stimuli, for eksempel i planter (vind eller kaldsjokk) eller gjær ( feromoner ).

Ved å feste en spesiell sekvens transporteres apoaequorin til spesielle organeller . Dette gjør at kalsiumkonsentrasjonen kan måles f.eks. B. i mitokondrier eller kjernen . Fluorescerende, kalsium-ion-bindende chelator fargestoffer (f.eks. B. Fura-2 ), men er ikke så følsom og selektiv så neppe bli brakt til den ønskede organeller.

Aequorin er også populært som kalsiumsensor fordi det kan kobles til antistoffer eller proteiner og har et veldig godt signal / støy-forhold . I alle tilfeller må luciferinkoelenterazin være tilstede som et substrat for aequorin, som som et hydrofobt molekyl lett kan diffundere gjennom cellemembranen .

Se også

litteratur

  • JM. Kendall, MN. Badminton: Aequorea victoria bioluminescens beveger seg inn i en spennende ny æra . I: Trends Biotechnol . , 16, 1998, 5, s. 216-224; PMID 9621461
  • O. Shimomura: Oppdagelsen av aequorin og grønt fluorescerende protein . I: J Microsc , 2005, 217, Pt 1, s. 1-15; PMID 15655058

Individuelle bevis

  1. ↑ O. Shimomura et al.: Ekstraksjon, rensing og egenskaper av aequorin, et bioluminescerende protein fra den lysende hydromedusan, Aequorea . I: J Cell Comp Physiol . , 1962, 59, s. 223-239, PMID 13911999
  2. ↑ O. Shimomura et al.: Mekanisme for den selvlysende intramolekylære reaksjonen av aequorin. I: Biokjemi , 13, 1974, 16, s. 3278-3286; PMID 4152180
  3. ↑ AK. Campbell et al.: Fra Luc og Phot-gener til sykehussengen . I: J Biolumin Chemilumin. , 5, 1990, 2, s. 131-139; PMID 1970919
  4. ↑ JF. Hode: Krystallstrukturen til den fotoprotein aequorin på 2,3 A oppløsning . I: Nature , 405, 2000, 6784, s. 372-376; PMID 10830969 ; nature.com (PDF; engelsk)
  5. ↑ FI. Tsuji et al.: Molekylær evolusjon av Ca (2 +) - bindende fotoproteiner i Hydrozoa . I: Photochem Photobiol. , 62, 1995, 4, s. 657-661; PMID 7480150
  6. ↑ JM Kendall, MN Badminton: Aequorea victoria Bioluminescens flytter inn en spennende ny æra. I: Trends Biotechnol. , 16, 1998, 5, s. 216-224. PMID 9621461
  7. ↑ JM Kendall, MN Badminton: Aequorea victoria bioluminescens beveger seg inn i en spennende ny æra . I: Trends Biotechnol. . 16, nr. 5, mai 1998, s. 216-24. PMID 9621461 .
  8. ↑ EB. Ridgway, CC. Ashley: Kalsiumtransienter i enkelt muskelfibre . I: Biochem Biophys Res Commun . , 29, 1967, 2, s. 229-234; PMID 4383681
  9. ↑ S. Inouye et al.: Kloning og sekvensanalyse av cDNA for det selvlysende protein aequorin . I: Proc Natl Acad Sci USA , 82, 1985, 10, s. 3154-3158; PMID 3858813 ; pnas.org (PDF; engelsk)
  10. ↑ MR. Knight et al.: Transgene plante-aequorin rapporterer effekten av berøring og forkjølelse og fremkallere på cytoplasmatisk kalsium . I: Nature , 352, 1991, 6335, s. 524-526; PMID 1865907
  11. ↑ J. Nakajima-Shimada et al.: Overvåking av intracellulært kalsium i Saccharomyces cerevisiae med et apoaequorin cDNA ekspresjonssystem . I: Proc Natl Acad Sci USA , 88, 1991, 15, s. 6878-6882; PMID 1862111 ; pnas.org (PDF; engelsk)
  12. ^ R. Rizzuto et al.: Raske endringer av mitokondrie Ca2 + avslørt av spesifikt målrettet rekombinant aequorin . I: Nature , 358, 1992, 6384, s. 325-327; PMID 1322496
  13. ^ M. Brini et al.: Nukleær Ca2 + konsentrasjon målt med spesifikt målrettet rekombinant aequorin . I: EMBO J. , 12, 1993, 12, s. 4813-4819; PMID 8223490 ; PMC 413931 (fulltekst).