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{{Infobox Protein
| Name = Aequorin-1 (''Aequorea victoria'')
| Bild = Aequorin 1EJ3.png
| Bild_legende = Bändermodell von Aequorin-2 nach {{PDB|1EJ3}} mit hervorgehobenen Tyrosin 184 (pink) und gebundenen Coelenterazin (blau)
| PDB = {{PDB2|1sl8}}
| Groesse = 189 Aminosäuren
| Kofaktor = Ca2+
| Precursor =
| Struktur =
| Isoformen =
| HGNCid =
| Symbol =
| AltSymbols =
| OMIM =
| UniProt = P07164
| MGIid =
| CAS =
| CASergänzend =
| ATC-Code = 
| DrugBank =
| Wirkstoffklasse =
| TCDB =
| TranspText =
| EC-Nummer = 1.13.12.5
| Kategorie = Monooxygenase
| Peptidase_fam =
| Inhibitor_fam =
| Reaktionsart =
| Substrat = Coelenterazin, Luziferin + O2
| Produkte =
| Homolog_fam = NV
| Taxon = [[Cnidaria]]
| Taxon_Ausnahme =
| Orthologe =
}}

'''Aequorin''' ist ein Photoprotein aus biolumineszenten [[Qualle]]n der [[Gattung (Biologie)|Gattung]] ''Aequorea''. Am besten untersucht ist dabei Aequorin aus ''[[Aequorea victoria]]''. In Aequorin liegt [[Coelenterazin]], ein [[Luciferin]], gebunden vor. Nach Zugabe von [[Calcium]]ionen emittiert es ''[[in vitro]]'' [[Lichtquant]]en mit einer Wellenlänge von λmax = 470 nm (''A. victoria''), weswegen es auch als das „blau-fluoreszierende Protein“ bezeichnet wird. Im Folgenden wird auf das Aequorin aus ''A. victoria'' verwiesen.

== Geschichte ==
Aequorin wurde ursprünglich 1961 von [[Osamu Shimomura]] aus ''Aequorea victoria'' isoliert.<ref>O. Shimomura et al.: ''Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea''. In: ''[[J Cell Comp Physiol]].'', 1962, 59, S. 223–239, PMID 13911999</ref> Die Struktur von Coelenterazin, dem gebundenen Luciferin, wurde 1974 aufgeklärt.<ref>O. Shimomura et al.: ''Mechanism of the luminescent intramolecular reaction of aequorin.'' In: ''[[Biochemistry]]'', 13, 1974, 16, S. 3278–3286; PMID 4152180</ref> 1990 wurde das [[Gen]] für Aequorin aus ''A. victoria'' [[Klonierung|kloniert]].<ref>AK. Campbell et al.: ''From Luc and Phot genes to the hospital bed''. In: ''J Biolumin Chemilumin.'', 5, 1990, 2, S. 131–139; PMID 1970919</ref>

== Struktur ==
[[Datei:Coelenterazine.svg|mini|links|hochkant=1|Strukturformel von [[Coelenterazin]]]]
Aequorin besteht aus dem eigentlichen [[Apoprotein]] ''Apoaequorin'' (189 [[Aminosäure]]n, 22 [[Dalton (Einheit)|kDa]]) und seiner [[Prosthetische Gruppe|prosthetischen Gruppe]] [[Coelenterazin]], das mit einer Molmasse von 423 sehr viel kleinere Luciferin. Coelenterazin ist dabei über eine [[Peroxid]]brücke an das Protein gebunden.

Das Apoprotein enthält vier Helix-loop-helix-Motive (''[[EF-Hand]]s''), von denen drei Calciumionen binden können. Die [[Strukturaufklärung|Kristallstruktur]] Aequorins wurde im Jahre 2000 mit einer Auflösung von 2,3 Å bestimmt und publiziert.<ref>JF. Head: ''The crystal structure of the photoprotein aequorin at 2.3 A resolution''. In: ''[[Nature]]'', 405, 2000, 6784, S. 372–376; PMID 10830969; [https://www.nature.com/nature/journal/v405/n6784/pdf/405372a0.pdf nature.com] (PDF; englisch)</ref>

Aequorin ist eines der am besten untersuchten Calciumionen-bindenden Photoproteine. Es wird auch vermutet, dass es aus regulären calciumbindenen Proteinen wie [[Calmodulin]] hervorgegangen ist.<ref>FI. Tsuji et al.: ''Molecular evolution of the Ca(2+)-binding photoproteins of the Hydrozoa''. In: ''Photochem Photobiol.'', 62, 1995, 4, S. 657–661; PMID 7480150</ref>

== Biochemie ==
Aequorin enthält ein durch eine Peroxidbrücke gebundenes Coelenterazinmolekül, dem eigentlichen Luciferin. Wenn die drei [[Bindungsstelle]]n mit Calciumionen besetzt werden, ändert sich die [[Konformation]] des Proteins, so dass eine intramolekulare Reaktion ausgelöst wird. Infolgedessen wird Coelenterazin zu einem instabilen [[Dioxetane|Dioxetan]] umgesetzt. Nach [[Decarboxylierung]] entsteht das Anion von Coeleteramid in einem elektronisch [[Angeregter Zustand|angeregtem Zustand]]. Nach Relaxation in den [[Grundzustand]] wird ein Lichtquant freigesetzt.

Aequorin kann nach Freisetzung der gebundenen Calciumionen durch molekularem [[Sauerstoff]] und einem neuen Molekül Coelenterazin regeneriert werden. Der genaue Mechanismus ist bislang aber noch unbekannt.

Die [[Quantenausbeute]] dieser Reaktion liegt bei Q = 0,15–0,20.<ref>J.M. Kendall, M.N. Badminton: ''Aequorea victoria bioluminescence moves into an exciting new era.'' In: ''Trends Biotechnol.'', 16, 1998, 5, S. 216–224. PMID 9621461</ref>

[[Datei:Aequorin mechanism.svg|mini|hochkant=2.5|ohne|Mechanismus der Biolumineszenz von Aequorin.]]

== In-vivo-Aktivität ==
Die Qualle ''A. victoria'' leuchtet blau-grün, da Aequorin einen Teil der Energie der Biolumineszenzreaktion strahlungsfrei über den [[Förster-Resonanzenergietransfer]] an das [[Grün fluoreszierendes Protein|grün fluoreszierende Protein]] (GFP) überträgt.<ref name="pmid9621461">{{cite journal |author=JM Kendall, MN Badminton |year=1998 |month=May |title=Aequorea victoria bioluminescence moves into an exciting new era |journal=Trends Biotechnol. |volume=16 |issue=5 |pages=216–24 |pmid=9621461 |language=en}}</ref>

== Anwendungen ==
Da die Biolumineszenz Aequorins Calciumionen benötigt, kann es als intramolekularer Calciumsensor verwendet werden. Bereits 1967 wurde die intrazellulare Calciumkonzentration sich kontrahierender [[Muskelfaser|Muskelfibrillen]] analysiert.<ref>EB. Ridgway, CC. Ashley: ''Calcium transients in single muscle fibers''. In: ''[[Biochem Biophys Res Commun]].'', 29, 1967, 2, S. 229–234; PMID 4383681</ref> 1985 wurde die [[cDNA]] von Aequorin kloniert.<ref>S. Inouye et al.: ''Cloning and sequence analysis of cDNA for the luminescent protein aequorin''. In: ''[[Proc Natl Acad Sci USA]]'', 82, 1985, 10, S. 3154–3158; PMID 3858813; [http://www.pnas.org/content/82/10/3154.full.pdf+html pnas.org] (PDF; englisch)</ref> Dies erlaubt die [[Transformation (Genetik)|Transformation]] des Gens für Apoaequorin in verschiedene Organismen ([[Bakterien]], [[Hefen]], [[Pflanzen]] und tierische Zellen). So konnte beispielsweise die [[Zytosol|cytosolische]] Calciumkonzentration nach gewissen Reizen beispielsweise bei Pflanzen (Wind oder Kälteschock)<ref>MR. Knight et al.: ''Transgenic plant aequorin reports the effects of touch and cold-shock and elicitors on cytoplasmic calcium''. In: ''Nature'', 352, 1991, 6335, S. 524–526; PMID 1865907</ref> oder Hefen ([[Pheromon]]e)<ref>J. Nakajima-Shimada et al.: ''Monitoring of intracellular calcium in Saccharomyces cerevisiae with an apoaequorin cDNA expression system''. In: ''Proc Natl Acad Sci USA'', 88, 1991, 15, S. 6878–6882; PMID 1862111; [http://www.pnas.org/content/88/15/6878.full.pdf+html pnas.org] (PDF; englisch)</ref> gemessen werden.

Durch Anbringen einer speziellen Sequenz wird Apoaequorin in spezielle [[Organell]]en transportiert. Dies erlaubt das Messen der Calciumkonzentration z. B. in [[Mitochondrium|Mitochondria]]<ref>R. Rizzuto et al.: ''Rapid changes of mitochondrial Ca2+ revealed by specifically targeted recombinant aequorin''. In: ''Nature'', 358, 1992, 6384, S. 325–327; PMID 1322496</ref> oder dem [[Zellkern]].<ref>M. Brini et al.: ''Nuclear Ca2+ concentration measured with specifically targeted recombinant aequorin''. In: ''[[EMBO J.]]'', 12, 1993, 12, S. 4813–4819; PMID 8223490; {{PMC|413931}}.</ref> Fluoreszierende, Calciumionen-bindende [[Chelatkomplexe|Chelator]][[farbstoff]]e (z. B. [[Fura-2]]) sind dagegen nicht so sensitiv und werden kaum so selektiv in das gewünschte Organell gebracht.

Als Calciumsensor ist Aequorin auch deshalb beliebt, weil es mit [[Antikörper]]n oder Proteinen verbunden werden kann und ein sehr gutes [[Signal-Rausch-Verhältnis]] aufweist. In allen Fällen muss das Luciferin Coelenterazin als Substrat für Aequorin vorliegen, was als hydrophobes Molekül aber leicht durch die [[Zellmembran]] diffundieren kann.

== Literatur ==
* JM. Kendall, MN. Badminton: ''Aequorea victoria bioluminescence moves into an exciting new era''. In: ''[[Trends Biotechnol]].'', 16, 1998, 5, S. 216–224; PMID 9621461
* O. Shimomura: ''The discovery of aequorin and green fluorescent protein''. In: ''J Microsc'', 2005, 217, Pt 1, S. 1–15; PMID 15655058

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Oxygenase]]
[[Kategorie:Fluoreszenzfarbstoff]]
[[Kategorie:Zellbiologie]]

Aequorin - Versionsgeschichte

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