Kas ir zaļais fluorescējošais proteīns?

Īsā atbilde

Zaļais fluorescējošais proteīns (GFP) ir proteīns, kas sastopams medūzu sugā Aequorea victoria, kas sastopama Klusā okeāna ziemeļdaļā. Fluorescence ir parādība, kurā noteiktas vielas absorbē enerģiju no elektromagnētiskā starojuma, piemēram, gaismas, un izstaro enerģiju citā, parasti garākā viļņa garumā. GFP radītais zaļais mirdzums rodas no tā, ka tā absorbē salīdzinoši augstas enerģijas zilo un ultravioleto gaismu un izstaro to kā zaļo gaismu, kurai ir garāks viļņa garums un mazāk enerģijas; tādēļ tas spīdēs zaļā krāsā, ja tiks pakļauts neredzamam ultravioletajam starojumam. GFP īpaši interesē biologus, jo atšķirībā no vairuma citu fluorescējošu proteīnu tas fluorescē pats, neprasot mijiedarbību ar citām molekulām. Tā kā tas ir proteīns, kas pilnībā sastāv no aminoskābēm, tas nozīmē, ka organismus var ģenētiski pārveidot, lai to ražotu, radot plašu pielietojumu klāstu dažādās bioloģijas jomās.

Bioluminiscence notiek daudzos jūras organismos. Aequorea victoria gadījumā ķīmiski luminiscējoša viela, ko sauc par ekvorīnu, savienojoties ar kalcija joniem, izstaro zilu gaismu. Pēc tam šo gaismu absorbē zaļais fluorescējošais proteīns, lai radītu zaļu mirdzumu. Ir konstatēts, ka vairāki citi jūras organismi satur šīs vielas, taču nav skaidrs, kāpēc tie ir attīstījušies, lai radītu šo mirdzumu vai mainītu krāsu no zilas uz zaļu. Viens ieteikums, kas balstīts uz eksperimentāliem pierādījumiem, ka kvēlojošs GFP var atbrīvot elektronus, ir tāds, ka GFP varētu darboties kā gaismas aktivēts elektronu donors, līdzīgi kā hlorofils zaļajos augos.

Zaļajam fluorescējošajam proteīnam ir sarežģīta struktūra. Fluorescējošā daļa, kas pazīstama kā fluorescējošais hromofors, sastāv no trim aminoskābēm, tirozīna, glicīna un serīna vai treonīna, kas savienotas gredzena formā. Tas atrodas cilindriskā struktūrā, kas aizsargā hromoforu no saskares ar citām molekulām, kas ir būtiska fluorescencei, jo pretējā gadījumā kontakts ar ūdens molekulām izkliedētu zaļā mirdzuma radīšanai izmantoto enerģiju.

GFP ir izrādījies ārkārtīgi noderīgs tādās jomās kā ģenētika, attīstības bioloģija, mikrobioloģija un neiroloģija. To var izmantot konkrētu olbaltumvielu marķēšanai organismā, lai redzētu, kur un kad tie tiek ekspresēti; organisma DNS daļu, kas kodē interesējošo proteīnu, var konstruēt, lai arī sintezētu GFP, tādējādi ļaujot izsekot proteīnam dzīvās šūnās, izmantojot ultravioleto gaismu. Šādi var marķēt arī vīrusus, ļaujot uzraudzīt dzīvo organismu infekcijas. Zaļo fluorescējošo proteīnu var arī pārveidot, lai tas fluorescētu vairākās citās krāsās, paverot jaunas iespējas. Viens no tiem ir bijis transgēnu peļu izveidošana ar dažādām neironos ekspresētu fluorescējošu proteīnu kombinācijām, kas ļauj detalizēti izpētīt nervu ceļus smadzenēs.

Ārpus bioloģijas ir atrasti arī citi pielietojumi. Viena pretrunīga attīstība ir fluorescējošu mājdzīvnieku izstrāde. Ir radīti gēnu inženierijas dzīvnieki, kas ražo zaļi fluorescējošus proteīnus, tostarp zivis, žurkas, cūkas un trusis.

Īsā atbilde

Saistītie jautājumi