Predicción y análisis in silico de sitio catalítico acil-coa sinsetasa de proteína luciferasa de luciola cruciata

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Instituto de Química
Bioquímica

Predicción y análisis in silico de sitio catalítico acil-CoA sintetasa de proteína Luciferasa de Luciola Cruciata

Integrantes: Aldo Barrera Vásquez
Victor Tapia Olivares
Fecha: 08 de julio de 2010
Profesora: Claudia Jara
Bio 449
Introducción

La bioluminiscencia es la producciónde luz en ciertos organismos como bacterias, hongos, gusanos, moluscos, cefalópodos, crustáceos, insectos, entre otros. Este fenómeno es originado por reacciones que involucran determinadas enzimas y sustratos dependiendo del organismo que se trate. Las enzimas mejor caracterizadas que cumplen esta función son las Aequorinas y las Luciferasas de luciérnagas. Las luciferasas (Luciferin4-monooxigenasas) son enzimas que catalizan la descarboxilación oxidativa con O2 del sustrato ácido (S)-2-(6-hidroxi-2-benzotiazolil)-2-tiazolin-4-carboxilico comúnmente llamado Luciferina (de ahí el nombre de la enzima) lo que causa la producción de luz. Las luciferasas son enzimas altamente estudiadas desde los años 50 principalmente por la utilidad que presenta su catálisis bioluminiscente. Son comúnmenteutilizadas en distintas técnicas bioquímicas debido a su luminiscencia. Ejemplo de esto son el uso de genes de luciferasa como gen de reporte para investigaciones oncológicas, usando a la proteína como una herramienta no invasiva para detecciones pre-clínicas [1]. Si bien esta proteína es principalmente conocida por su función monooxigenasa, se sabe que también cataliza una segunda reacción: lasíntesis de ácidos grasos de cadena larga, lo que la cataloga dentro de la familia de acil-CoA sintetasas. Poco se sabe hasta ahora de como funciona esta catálisis a nivel estructural en la luciferasa y como influye (o no) en la catálisis bioluminiscente reconocida. Mediante análisis bioinformático de la información existente sobre la secuencia y estructura de la luciferasa de la luciérnaga japonesaLuciola cruciata, en comparación con proteínas de la familia acil-CoA sintetasa, específicamente de una presente en Thermus thermophilus (ttLC-ACS), es posible dilucidar esta incógnita sobre la relación entre catálisis acil-CoA sintetasa/sitio activo/bioluminiscencia que, a nivel cinético, pueden desarrollarse mejoras en su carácter bioluminiscente para hacerla una herramienta bioquímica máseficiente y efectiva.

Marco Teórico

El proceso catalítico bioluminiscente en Luciferina (EC 1.13.12.7) se lleva a cabo en presencia de ATP-Mg+2 de acuerdo a las siguientes reacciones:
Mg+2
Luc + LH2 + ATP → Luc:LH2-AMP + PPi (1)

Luc:LH2-AMP + O2 → Luc:Oxyluciferin + AMP + CO2 (2)

Luc:Oxyluciferin* →Luc:Oxyluciferin + hv (3)

El paso inicial es la formación de un enlace entre la luciferasa (Luc) y la luciferil adenilato (Luc:LH2-AMP) promovida de un sustrato de D-Luciferina (LH2) cuyo grupo carboxilo es previamente adenilado en presencia de Mg2+ y ATP, liberándose un fosfato inorgánico (1). El segundo paso involucra la oxigenación de LH2-AMP que produce oxiluciferina,liberándose el AMP y produciéndose CO2 (2). EN este paso la oxiluciferina queda en un estado excitado (Oxyluciferin*) formando una estructura teutomérica ceto-enólica. La emisión de luz es producida por la relajación del electrón excitado de la oxiluciferina, liberándose un fotón de luz expresado como hv (3) que es generalmente de un destello de colores que van desde el amarillo verdoso al rojo.Los pasos de unión a ATP, oxidación y emisión de luz de la luciferina son todos catalizados por la luciferasa, estando el sustrato siempre unido a ella. El paso de oxigenación y posterior descarboxilación del intermediario luciferil adenilato que conlleva a la liberación del fotón es un proceso físico molecular más complejo a analizar (Fig. 1) [2].
El sustrato bioluminiscente luciferina, del...