Co je zelený fluorescenční protein?

Zelený fluorescenční protein (GFP) je bílkovina, která se vyskytuje v několika druhů medúz, Aequorea victoria, který se nachází v severním Pacifiku. Fluorescence je jev, kdy některé látky absorbovat energii z elektromagnetického záření, jako je světlo, a emitují energii v různých, obvykle delší, vlnovou délku. Zelená záře produkovaná GFP je výsledkem toho, že absorbuje relativně vysokoenergetické modré a ultrafialové světlo a vyzařuje ho jako zelené světlo, které má delší vlnovou délku a méně energie; při vystavení neviditelnému ultrafialovému světlu proto bude svítit zeleně. GFP je zvláštní zájem biology jako, na rozdíl od většiny ostatních fluorescenční proteiny, to fluoreskuje sám o sobě, bez požadavku na jakékoliv interakce s jinými molekulami. Protože se jedná o bílkovinu tvořenou výhradně aminokyselinami, znamená to, že organismy mohou být geneticky upraveny tak, aby produkovaly, což vede k široké škále aplikací v různých oblastech biologie.

Bioluminiscence se vyskytuje v mnoha mořských organismech. V případě Aequorea victoria, chemiluminiscenční látky zvané ekvorin emituje modré světlo, když se kombinuje s ionty vápníku. Toto světlo je pak absorbováno zeleným fluorescenčním proteinem za vzniku zelené záře. Bylo zjištěno, že celá řada dalších mořských živočichů, že obsahují tyto látky, avšak není jasné, proč se vyvinuly k výrobě tohoto záře nebo změnit barvu z modré na zelenou. Jedním z návrhů, založených na experimentálních důkazech, že zářící GFP může uvolňovat elektrony, je, že GFP by mohl působit jako dárce elektronů aktivovaný světlem, podobně jako chlorofyl v zelených rostlinách.

Zelený fluorescenční protein má komplexní strukturu. Fluorescenční část - známá jako fluorescenční chromofor - se skládá ze tří aminokyselin, tyrosinu, glycinu a buď serinu nebo threoninu, které jsou spojeny do tvaru prstence. Toto je obsaženo ve válcové struktuře, která chrání chromofor před kontaktem s jinými molekulami, což je vlastnost, která je pro fluorescenci zásadní, protože kontakt s molekulami vody by jinak rozptýlil energii použitou k produkci zelené záře.

GFP se ukázal jako velmi užitečný v oborech jako je genetika, vývojová biologie, mikrobiologie a neurologie. Může být použit pro značkování specifických proteinů v organismu, aby se zjistilo, kde a kdy jsou exprimovány; část DNA organismu, která kóduje požadovaný protein, může být zkonstruována tak, aby také syntetizovala GFP, což umožňuje sledování proteinu v živých buňkách pomocí ultrafialového světla. Viry mohou být také označeny tímto způsobem, což umožňuje sledovat infekce živých organismů. Zelený fluorescenční protein lze také modifikovat tak, aby fluoreskoval v několika dalších barvách, což otevírá nové možnosti. Jedním z nich je vytvoření transgenních myší s různou kombinací fluorescenční proteiny exprimovány v neuronech, které umožňují nervové dráhy v mozku být studován v detailu.

Jiné aplikace byly nalezeny mimo biologii. Jedním kontroverzním vývojem je konstrukce zářivek. Geneticky upravené zvířata, která produkují zelený fluorescenční protein byly vytvořeny, a zahrnují ryby, krysy, prasata a králíka.