Dejstva o zelenih fluorescentnih beljakovinah

Fernan Federici/Getty Images

Zeleni fluorescentni protein (GFP) je a beljakovine ki se pojavlja naravno v meduze Izenačena zmaga . Očiščena beljakovina je videti rumena pod običajno svetlobo, vendar sveti svetlo zeleno pod sončno ali ultravijolično svetlobo. Beljakovine absorbirajo energijsko modro in ultravijolično svetlobo ter jo oddajajo kot nižjo energijsko zeleno svetlobo preko fluorescence . Protein se uporablja v molekularni in celični biologiji kot marker. Ko je vnesen v genetski kod celic in organizmov, je deden. Zaradi tega beljakovina ni le uporabna za znanost, ampak je zanimiva tudi za izdelavo transgenih organizmov, kot so fluorescentne hišne ribe.

Odkritje zelenega fluorescentnega proteina

Slike kovnice - Frans Lanting / Getty Images

Kristalna meduza, Izenačena zmaga , je oboje bioluminiscenčna (sveti v temi) in fluorescentna (sveti kot odgovor na ultravijolično svetlobo ). Majhni fotografski organi, ki se nahajajo na dežniku meduze, vsebujejo luminiscenčni protein aequorin, ki katalizira reakcijo z luciferinom za sproščanje svetlobe. Ko aequorin medsebojno deluje s Ca²⁺ionov nastane modri sij. Modra svetloba zagotavlja energijo, da GFP sveti zeleno.

Osamu Shimomura je izvedel raziskavo bioluminiscence a.zmaga leta 1960. Bil je prvi, ki je izoliral GFP in določil del proteina, ki je odgovoren za fluorescenco. Shimomura je odrezal svetleče prstane milijon meduze in jih stisnil skozi gazo, da bi pridobil material za svojo študijo. Medtem ko so njegova odkritja privedla do boljšega razumevanja bioluminiscence in fluorescence, je bilo ta zeleni fluorescenčni protein divjega tipa (GFP) pretežko pridobiti, da bi ga bilo veliko praktično uporabiti. Leta 1994 je bil GFP kloniran , zaradi česar je na voljo za uporabo v laboratorijih po vsem svetu. Raziskovalci so našli načine za izboljšanje prvotnega proteina, da bi svetil v drugih barvah, sijal močneje in na posebne načine deloval z biološkimi materiali. Izjemen vpliv beljakovin na znanost je leta 2008 pripeljal do Nobelove nagrade za kemijo, ki so jo prejeli Osamu Shimomura, Marty Chalfie in Roger Tsien za 'odkritje in razvoj zelenega fluorescenčnega proteina, GFP.'

Zakaj je GFP pomemben

dra_schwartz / Getty Images

Nihče pravzaprav ne pozna funkcije bioluminiscence ali fluorescence v kristalnem želeju. Roger Tsien, ameriški biokemik, ki si je leta 2008 delil Nobelovo nagrado za kemijo, je domneval, da bi lahko meduza spremenila barvo svoje bioluminiscence zaradi spremembe tlaka zaradi spremembe globine. Vendar pa je populacija meduz v Friday Harborju v Washingtonu doživela kolaps, zaradi česar je bilo težko preučevati žival v njenem naravnem okolju.

Medtem ko pomen fluorescence za meduze ni jasen, je učinek, ki ga je imel protein na znanstvene raziskave, osupljiv. Majhne fluorescentne molekule so ponavadi strupene za žive celice in nanje negativno vpliva voda, kar omejuje njihovo uporabo. GFP pa se lahko uporablja za ogled in sledenje beljakovin v živih celicah. To storite tako, da se pridružite gen za GFP na gen proteina. Ko je beljakovina izdelana v celici, je nanjo pritrjen fluorescenčni marker. Ob osvetlitvi celice beljakovina zasije. Fluorescenčna mikroskopija se uporablja za opazovanje, fotografiranje in snemanje živih celic ali znotrajceličnih procesov brez poseganja vanje. Tehnika deluje za sledenje virusu ali bakteriji, ko okuži celico, ali za označevanje in sledenje rakavim celicam. Na kratko, kloniranje in rafiniranje GFP sta znanstvenikom omogočila raziskovanje mikroskopskega živega sveta.

Izboljšave v GFP so ga naredile uporabnega kot biosenzor. Spremenjeni proteini delujejo kot molekularni stroji, ki reagirajo na spremembe v pH ali koncentracija ionov ali signal, ko se proteini vežejo drug na drugega. Protein lahko signalizira izklop/vklop s tem, ali fluorescira ali ne ali lahko oddaja določene barve, odvisno od pogojev.

Ne samo za znanost

www.glofish.com

Znanstveno eksperimentiranje ni edina uporaba zelene fluorescentne beljakovine. Umetnik Julian Voss-Andreae ustvarja beljakovinske skulpture, ki temeljijo na sodčasti strukturi GFP. Laboratoriji so vključili GFP v genom različnih živali, nekatere za uporabo kot hišne ljubljenčke. Yorktown Technologies je postalo prvo podjetje, ki je tržilo fluorescenčne ribice cebrice GloFish. Živo obarvane ribe so bile prvotno razvite za sledenje onesnaženosti vode. Druge fluorescenčne živali vključujejo miši, prašiče, pse in mačke. Na voljo so tudi fluorescentne rastline in glive.