Was ist grün fluoreszierendes Protein?

Grün fluoreszierendes Protein (GFP) ist ein Protein, das in einer im Nordpazifik vorkommenden Quallenart, Aequorea victoria , vorkommt. Fluoreszenz ist ein Phänomen, bei dem bestimmte Substanzen Energie aus elektromagnetischer Strahlung wie Licht absorbieren und die Energie bei einer anderen, normalerweise längeren Wellenlänge abgeben. Das von GFP erzeugte grüne Leuchten resultiert daraus, dass es relativ energiereiches blaues und ultraviolettes Licht absorbiert und es als grünes Licht emittiert, das eine längere Wellenlänge und weniger Energie aufweist. es leuchtet daher grün, wenn es unsichtbarem ultraviolettem Licht ausgesetzt wird. GFP ist für Biologen von besonderem Interesse, da es im Gegensatz zu den meisten anderen fluoreszierenden Proteinen von selbst fluoresziert, ohne dass eine Wechselwirkung mit anderen Molekülen erforderlich ist. Da es sich um ein Protein handelt, das ausschließlich aus Aminosäuren besteht, können Organismen gentechnisch verändert werden, um es zu produzieren. Dies führt zu einer Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Biologie.

Biolumineszenz tritt in vielen Meeresorganismen auf. Bei Aequorea victoria gibt eine chemilumineszierende Substanz namens Aequorin blaues Licht ab, wenn sie sich mit Calciumionen verbindet. Dieses Licht wird dann vom grün fluoreszierenden Protein absorbiert, um ein grünes Leuchten zu erzeugen. Es wurde festgestellt, dass eine Reihe anderer Meeresorganismen diese Substanzen enthalten, aber es ist nicht klar, warum sie entwickelt wurden, um dieses Leuchten zu erzeugen oder die Farbe von blau nach grün zu ändern. Ein Vorschlag, der auf experimentellen Beweisen basiert, dass glühendes GFP Elektronen freisetzen kann, ist, dass GFP ähnlich wie Chlorophyll in grünen Pflanzen als lichtaktivierter Elektronendonor fungieren könnte.

Das grün fluoreszierende Protein hat eine komplexe Struktur. Der fluoreszierende Teil - als fluoreszierendes Chromophor bekannt - besteht aus drei Aminosäuren, Tyrosin, Glycin und entweder Serin oder Threonin, die ringförmig verbunden sind. Diese ist in einer zylindrischen Struktur enthalten, die das Chromophor vor dem Kontakt mit anderen Molekülen schützt. Diese Eigenschaft ist für die Fluoreszenz von entscheidender Bedeutung, da der Kontakt mit Wassermolekülen ansonsten die zur Erzeugung des grünen Lichts verwendete Energie zerstreuen würde.

GFP hat sich in Bereichen wie Genetik, Entwicklungsbiologie, Mikrobiologie und Neurologie als äußerst nützlich erwiesen. Es kann verwendet werden, um bestimmte Proteine ​​innerhalb eines Organismus zu markieren, um zu sehen, wo und wann sie exprimiert werden. Der Teil der DNA des Organismus, der für das interessierende Protein kodiert, kann so konstruiert werden, dass er auch GFP synthetisiert und so die Verfolgung des Proteins in lebenden Zellen unter Verwendung von ultraviolettem Licht ermöglicht. Auf diese Weise können auch Viren markiert und Infektionen in lebenden Organismen überwacht werden. Grün fluoreszierendes Protein kann auch modifiziert werden, um in mehreren anderen Farben zu fluoreszieren, was neue Möglichkeiten eröffnet. Eine davon war die Schaffung von transgenen Mäusen mit unterschiedlichen Kombinationen fluoreszierender Proteine, die in Neuronen exprimiert werden, wodurch neuronale Bahnen im Gehirn detailliert untersucht werden können.

Andere Anwendungen wurden außerhalb der Biologie gefunden. Eine kontroverse Entwicklung ist die Entwicklung fluoreszierender Haustiere. Gentechnisch veränderte Tiere, die grün fluoreszierendes Protein produzieren, wurden geschaffen und umfassen Fische, Ratten, Schweine und ein Kaninchen.