Co to jest zielone białko fluorescencyjne?
Zielone białko fluorescencyjne (GFP) to białko występujące w gatunku meduzy Aequorea victoria , która występuje na północnym Pacyfiku. Fluorescencja jest zjawiskiem, w którym niektóre substancje pochłaniają energię z promieniowania elektromagnetycznego, na przykład światło, i emitują energię o innej, zwykle dłuższej długości fali. Zielony blask wytwarzany przez GFP wynika z tego, że pochłania ono stosunkowo wysokoenergetyczne światło niebieskie i ultrafioletowe i emituje je jako światło zielone, które ma dłuższą długość fali i mniej energii; dlatego będzie świecić na zielono po wystawieniu na niewidzialne światło ultrafioletowe. GFP jest szczególnie interesujący dla biologów, ponieważ, w przeciwieństwie do większości innych białek fluorescencyjnych, sam fluoryzuje bez konieczności jakiejkolwiek interakcji z innymi cząsteczkami. Ponieważ jest to białko zbudowane w całości z aminokwasów, oznacza to, że organizmy mogą być genetycznie zmodyfikowane, aby je wytwarzać, co daje szeroki zakres zastosowań w różnych dziedzinach biologii.
Bioluminescencja występuje w wielu organizmach morskich. W przypadku Aequorea victoria substancja chemiluminescencyjna zwana ekworyną emituje niebieskie światło, gdy łączy się z jonami wapnia. Światło to jest następnie absorbowane przez zielone białko fluorescencyjne, aby wytworzyć zielony blask. Stwierdzono, że wiele innych organizmów morskich zawiera te substancje, ale nie jest jasne, dlaczego ewoluowały, aby wytworzyć ten blask lub zmienić kolor z niebieskiego na zielony. Jedna z sugestii, oparta na doświadczalnych dowodach, że świecący GFP może uwalniać elektrony, jest taka, że GFP może działać jako aktywowany światłem dawca elektronów, podobnie jak chlorofil w zielonych roślinach.
Zielone białko fluorescencyjne ma złożoną strukturę. Część fluorescencyjna - znana jako chromofor fluorescencyjny - składa się z trzech aminokwasów, tyrozyny, glicyny oraz seryny lub treoniny, połączonych w kształcie pierścienia. Jest to zawarte w cylindrycznej strukturze, która chroni chromofor przed kontaktem z innymi cząsteczkami, co jest kluczowe dla fluorescencji, ponieważ kontakt z cząsteczkami wody w innym przypadku rozproszyłby energię wykorzystywaną do wytworzenia zielonego blasku.
GFP okazał się niezwykle przydatny w takich dziedzinach, jak genetyka, biologia rozwoju, mikrobiologia i neurologia. Może być stosowany do znakowania określonych białek w organizmie, aby zobaczyć, gdzie i kiedy są wyrażane; część DNA organizmu, która koduje białko będące przedmiotem zainteresowania, można zmodyfikować tak, aby syntetyzowała GFP, umożliwiając w ten sposób śledzenie białka w żywych komórkach za pomocą światła ultrafioletowego. Wirusy mogą być również oznaczane w ten sposób, umożliwiając monitorowanie infekcji w żywych organizmach. Zielone białko fluorescencyjne można również modyfikować tak, aby fluoryzowało w kilku innych kolorach, otwierając nowe możliwości. Jednym z nich było stworzenie transgenicznych myszy o różnych kombinacjach białek fluorescencyjnych wyrażanych w neuronach, które umożliwiają szczegółowe badanie ścieżek nerwowych w mózgu.
Inne zastosowania znaleziono poza biologią. Jednym z kontrowersyjnych osiągnięć jest inżynieria fluorescencyjnych zwierząt domowych. Stworzono genetycznie zmodyfikowane zwierzęta, które wytwarzają zielone białko fluorescencyjne i obejmują ryby, szczury, świnie i królika.