En enzimología , una Oplophorus-luciferina 2-monooxigenasa ( EC 1.13.12.13), también conocida como luciferasa de Oplophorus (referida en este artículo como OpLuc) es una luciferasa , una enzima , del camarón de aguas profundas Oplophorus gracilirostris [2], que pertenece a un grupo de luciferasas de coelenterazina. A diferencia de otras luciferasas, tiene una especificidad de sustrato más amplia [3,4,6] y también puede unirse a bisdesoxicoelenterazina de manera eficiente [3,4]. Es el tercer ejemplo de una luciferasa (aparte de Aequorea y Renilla ) que se purifica en el laboratorio [2]. El nombre sistemático de esta clase de enzima es Oplophorus-luciferina: oxígeno 2-oxidorreductasa (descarboxilante) . Esta enzima también se llama luciferasa de Oplophorus .
Los dos sustratos de esta enzima son la luciferina , Coelenterazina y O 2 y sus 3 productos son la oxiluciferina , Coelenteramida , CO 2 y luz . Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , específicamente aquellas que actúan sobre donadores simples con O 2 como oxidante e incorporación de dos átomos de oxígeno al sustrato (oxigenasas). El oxígeno incorporado no necesita derivar del O con incorporación de un átomo de oxígeno (monooxigenasas internas u oxidasas internas de función mixta). Aunque la enzima es parte del grupo de enzimas que actúan sobre coelenterazina, como las luciferasas de Renilla y Gaussia , no comparte secuencias de pares de bases con estas enzimas [3,4,5,7].
OpLuc cataliza la reacción química independiente de ATP [3,4,5,6]:
El resultado de este proceso es una pérdida de CO2 , así como un fotón de luz azul emitido a ~460 nm [2,3,4]. Esta reacción tiene un pH óptimo de 9, una concentración óptima de sal de 0,05-0,1 M y una temperatura óptima de ~40 C (lo que la convierte en una luciferasa inusualmente resistente al calor) [2], aunque debido a que O. gracilirostris son animales de aguas profundas que viven a temperaturas inferiores a los 20 C, la luciferasa normalmente se expresa y se pliega a bajas temperaturas [6].
Cuando se estimula a Oplophorus gracilirostris, OpLuc se secreta desde la base de las patas y las antenas del camarón de aguas profundas como mecanismo de defensa. Este mecanismo hace que O. gracilirostris libere una nube luminosa de luciferasa azul brillante [2].
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La subunidad proteica pequeña de OpLuc, de 19 kDa, tiene una secuencia de péptidos aminoterminales que, cuando se estimula, envía señales a la enzima para que se una a la coelenterazina, la luciferina de Oplophorus (el sustrato) [3,7]. Como se muestra en la figura 1 , la enzima luego oxida la coelenterazina en un medio acuoso para obtener el producto luminiscente, coelenteramida, y libera CO2 como subproducto [2,3,7].
OpLuc es un complejo de dos subunidades proteicas unidas covalentemente [3]: dos moléculas de 19 kDa y dos moléculas de 35 kDa, lo que la convierte en una molécula heterotetramérica. Las proteínas envían señales a la enzima para su secreción en luminiscencia, catalizada por la proteína de 19 kDa [3,4,7]. La luciferasa tiene muchos residuos de cisteína que estabilizan la enzima en entornos extracelulares mediante enlaces disulfuro [5].
Este componente catalítico de OpLuc tiene 196 aminoácidos [3] con una cisteína en el extremo carboxilo terminal y es distinto de las proteínas que se encuentran en otras luciferasas [4]. La proteína está formada por dos dominios con secuenciación repetitiva de Ia-c e Ila-d en la cadena peptídica [4]. Se cree que es la proteína que causa la reacción bioluminiscente de O. gracilirostris , pero funciona de manera ineficaz sin su contraparte de subunidad más grande [3,4]. Aunque la estructura cristalina de OpLec aún debe analizarse y mapearse por completo, 19 kDa se expresó experimentalmente en células de mamíferos (consideradas como KAZ [7]). La proteína se aisló y mutó para catalizar una reacción luminiscente brillante y sostenida para crear una luciferasa diseñada, NanoLuc (NLuc), y un análogo de coelenterazina (furimazina) para ser utilizado como un reportero celular [5,8]. En la figura 2 se muestra un modelo de cinta mutada de la proteína de 19 kDa (llamada nanoKaz) .
El componente menos conocido de la enzima OpLuc tiene 320 aminoácidos [3] con 11 moléculas de cisteína y 5 de leucina [4]. Experimentalmente se concluyó que el extremo amino terminal de la proteína comienza con 39 aminoácidos [3]. Se cree que estabiliza 19 kDa y no se cree que se vea afectado por la especificidad del sustrato [3], sin embargo, se desconoce su función exacta [3,4,7].
Aunque originalmente se pensó que tenía exactamente el mismo mecanismo que la luciferasa de Renilla [1], esta luminiscencia tiene dos posibles rutas de reacción [2], como se muestra en la figura 3. En la ruta superior, la luciferina de Oplophorus (la coelenterazina mostrada como I en el esquema) se oxida cuando se combina con O2 (se utilizó O18 marcado radiactivamente en un experimento de laboratorio) en un medio acuoso y utiliza un intermedio de peróxido de dioxetano que da como resultado un producto de CO2 y coelenteramida (II en el esquema). La ruta inferior no utiliza un intermedio y tiene intercambios rápidos de oxígeno con el medio acuoso. Los estudios muestran que hay menos rendimiento del producto y se sugiere que tiene una participación parcial en la reacción general [2]. Sin embargo, debe notarse que es probable que la contaminación con CO2 durante los experimentos haya demostrado un rendimiento mayor que el que se producía para la ruta inferior, lo que hace que esta ruta sea muy poco probable en condiciones naturales [2].
