Что такое зеленый флуоресцентный белок?

Зеленый флуоресцентный белок (GFP) - это белок, который встречается у вида медуз Aequorea victoria , который встречается в северной части Тихого океана. Флуоресценция - это явление, при котором определенные вещества поглощают энергию электромагнитного излучения, такого как свет, и излучают энергию на другой, обычно более длинной, длине волны. Зеленое свечение, создаваемое GFP, происходит в результате того, что он поглощает относительно высокоэнергетический синий и ультрафиолетовый свет и излучает его в виде зеленого света, который имеет большую длину волны и меньше энергии; поэтому он будет светиться зеленым при воздействии невидимого ультрафиолетового света. GFP представляет особый интерес для биологов, поскольку, в отличие от большинства других флуоресцентных белков, он флуоресцирует сам по себе без необходимости какого-либо взаимодействия с другими молекулами. Поскольку это белок, состоящий исключительно из аминокислот, это означает, что организмы могут быть генетически модифицированы для его производства, что приводит к широкому спектру применений в различных областях биологии.

Биолюминесценция встречается у многих морских организмов. В случае Aequorea victoria хемилюминесцентное вещество, называемое экворином, испускает синий свет, когда оно соединяется с ионами кальция. Этот свет затем поглощается зеленым флуоресцентным белком для создания зеленого свечения. Было обнаружено, что ряд других морских организмов содержат эти вещества, но неясно, почему они эволюционировали, чтобы произвести это свечение или изменить цвет с синего на зеленый. Одно из предположений, основанных на экспериментальных данных о том, что светящийся GFP может высвобождать электроны, заключается в том, что GFP может действовать как активированный светом донор электронов, подобно хлорофиллу в зеленых растениях.

Зеленый флуоресцентный белок имеет сложную структуру. Флуоресцентная часть, известная как флуоресцентный хромофор, состоит из трех аминокислот: тирозина, глицина и либо серина, либо треонина, соединенных в форме кольца. Это содержится в цилиндрической структуре, которая защищает хромофор от контакта с другими молекулами, особенность, которая имеет решающее значение для флуоресценции, поскольку контакт с молекулами воды в противном случае рассеял бы энергию, используемую для создания зеленого свечения.

GFP оказался чрезвычайно полезным в таких областях, как генетика, биология развития, микробиология и неврология. Его можно использовать для мечения специфических белков в организме, чтобы увидеть, где и когда они экспрессируются; Часть ДНК организма, которая кодирует интересующий белок, может быть сконструирована так, чтобы также синтезировать GFP, что позволяет отслеживать белок в живых клетках с помощью ультрафиолетового света. Вирусы также могут быть помечены таким образом, что позволяет контролировать инфекции в живых организмах. Зеленый флуоресцентный белок также может быть модифицирован, чтобы флуоресцировать в нескольких других цветах, открывая новые возможности. Одним из них было создание трансгенных мышей с различными комбинациями флуоресцентных белков, экспрессируемых в нейронах, которые позволяют детально изучить нейронные пути в мозге.

Другие применения были найдены за пределами биологии. Одной из спорных разработок является инженерия флуоресцентных животных. Были созданы генно-инженерные животные, которые продуцируют зеленый флуоресцентный белок и включают в себя рыбу, крыс, свиней и кролика.