Πράσινα φθορίζοντα στοιχεία πρωτεΐνης

Η πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη (GFP) είναι α πρωτεΐνη που συμβαίνει φυσιολογικά στο μέδουσαAequorea victoria. Η καθαρισμένη πρωτεΐνη εμφανίζεται κίτρινη υπό κανονικό φωτισμό, αλλά ανάβει φωτεινό πράσινο κάτω από το ηλιακό φως ή το υπεριώδες φως. Η πρωτεΐνη απορροφά το ενεργητικό μπλε και το υπεριώδες φως και το εκπέμπει ως πράσινο φως χαμηλότερης ενέργειας μέσω φθορισμού. Η πρωτεΐνη χρησιμοποιείται σε μοριακή και κυτταρική βιολογία ως δείκτη. Όταν εισάγεται στον γενετικό κώδικα των κυττάρων και των οργανισμών, είναι κληρονομικό. Αυτό έχει καταστήσει την πρωτεΐνη όχι μόνο χρήσιμη στην επιστήμη αλλά ενδιαφέρον για την παραγωγή διαγονιδιακών οργανισμών, όπως τα φθορίζοντα ψάρια κατοικίδιων ζώων.

Τα κρυστάλλινα μέδουσες, Aequorea victoria, είναι και τα δύο βιοφωταύγειας (λάμπει στο σκοτάδι) και φθορισμού (λάμψη σε απάντηση υπεριώδες φως). Τα μικρά όργανα φωτογραφιών που βρίσκονται στην ομπρέλα μέδουσας περιέχουν την φωσφορίζουσα πρωτεΐνη aquorin που καταλύει μια αντίδραση με λουσιφερίνη για να απελευθερώσει το φως. Όταν η ακοκορίνη αλληλεπιδρά με το Ca

Ο Osamu Shimomura διεξήγαγε έρευνα για τη βιοφωταύγεια του ΕΝΑ. Βικτώρια στη δεκαετία του 1960. Ήταν ο πρώτος άνθρωπος που απομόνωσε το GFP και καθόρισε το μέρος της πρωτεΐνης που ήταν υπεύθυνη για τον φθορισμό. Το Shimomura έκοψε τα λαμπερά δαχτυλίδια ένα εκατομμύριο μέδουσες και τους πιέζονταν μέσω γάζας για να αποκτήσουν το υλικό για τη μελέτη του. Ενώ οι ανακαλύψεις του οδήγησαν σε μια καλύτερη κατανόηση της βιοφωταύγειας και του φθορισμού, αυτή η άγριου τύπου πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη (GFP) ήταν πολύ δύσκολο να αποκτηθεί για να έχει πολύ πρακτική εφαρμογή. Το 1994, η GFP ήταν κλωνοποιημένο, καθιστώντας το διαθέσιμο για χρήση σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο. Οι ερευνητές βρήκαν τρόπους να βελτιώσουν την πρωτότυπη πρωτεΐνη για να την κάνουν να λάμπει σε άλλα χρώματα, να λάμπει πιο έντονα και να αλληλεπιδρά με συγκεκριμένους τρόπους με βιολογικά υλικά. Η τεράστια επίδραση της πρωτεΐνης στην επιστήμη οδήγησε στο Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 2008, που απονεμήθηκε στον Osamu Shimomura, Marty Chalfie και Roger Tsien για την "ανακάλυψη και ανάπτυξη της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης, GFP. "

Κανείς δεν γνωρίζει πραγματικά τη λειτουργία της βιοφωταύγειας ή του φθορισμού στο κρυσταλλικό ζελέ. Ο Roger Tsien, Αμερικανός βιοχημικός που μοιράστηκε το Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 2008, εξέφρασε την εικασία του οι μέδουσες ενδέχεται να είναι σε θέση να αλλάξουν το χρώμα της βιοφωταύγειας από την αλλαγή πίεσης της αλλαγής το βάθος του. Ωστόσο, ο πληθυσμός των μεδουσών στην Παρασκευή Harbour, Ουάσιγκτον, υπέστη κατάρρευση, καθιστώντας δύσκολη την μελέτη του ζώου στο φυσικό του περιβάλλον.

Ενώ η σημασία του φθορισμού για τις μέδουσες είναι ασαφής, η επίδραση της πρωτεΐνης στην επιστημονική έρευνα είναι συγκλονιστική. Τα μικρά φθορίζοντα μόρια τείνουν να είναι τοξικά για τα ζωντανά κύτταρα και επηρεάζονται αρνητικά από το νερό, περιορίζοντας τη χρήση τους. Η GFP, από την άλλη πλευρά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δει και να παρακολουθήσει τις πρωτεΐνες στα ζωντανά κύτταρα. Αυτό γίνεται με τη συμμετοχή του γονίδιο για GFP στο γονίδιο μιας πρωτεΐνης. Όταν η πρωτεΐνη είναι κατασκευασμένη σε ένα κύτταρο, ο φθορίζων δείκτης συνδέεται με αυτό. Η λάμψη του φωτός στο κύτταρο καθιστά την λάμψη της πρωτεΐνης. Μικροσκοπία φθορισμού χρησιμοποιείται για να παρατηρεί, να φωτογραφίζει και να φιλτράρει ζώντα κύτταρα ή ενδοκυτταρικές διεργασίες χωρίς να παρεμβαίνει σε αυτά. Η τεχνική λειτουργεί για την παρακολούθηση ενός ιού ή βακτηρίων, καθώς μολύνει ένα κύτταρο ή επισημαίνει και παρακολουθεί τα καρκινικά κύτταρα. Με λίγα λόγια, η κλωνοποίηση και η διύλιση του GFP επέτρεψε στους επιστήμονες να εξετάσουν τον μικροσκοπικό ζωντανό κόσμο.

Οι βελτιώσεις στο GFP το έχουν καταστήσει χρήσιμο ως βιοαισθητήρα. Οι τροποποιημένες πρωτεΐνες ως δραστικές μοριακές μηχανές που αντιδρούν στις αλλαγές στο ρΗ ή συγκέντρωση ή σήμα ιόντων όταν οι πρωτεΐνες συνδέονται μεταξύ τους. Η πρωτεΐνη μπορεί να εκπέμπει / αποκωδικοποιεί κατά πόσο φθορίζει ή μπορεί να εκπέμπει ορισμένα χρώματα ανάλογα με τις συνθήκες.

Ο επιστημονικός πειραματισμός δεν είναι η μόνη χρήση για μια πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη. Ο καλλιτέχνης Julian Voss-Andreae δημιουργεί γλυπτά πρωτεϊνών με βάση τη δομή σχήματος βαρελιού της GFP. Τα εργαστήρια έχουν ενσωματώσει το GFP στο γονιδίωμα μιας ποικιλίας ζώων, μερικά για χρήση ως κατοικίδια ζώα. Η Yorktown Technologies έγινε η πρώτη εταιρεία στην αγορά φθορίζουσας zebrafish που ονομάζεται GloFish. Τα ζωηρά χρωματισμένα ψάρια είχαν αρχικά αναπτυχθεί για να παρακολουθήσουν τη ρύπανση των υδάτων. Άλλα φθορίζοντα ζώα περιλαμβάνουν ποντίκια, χοίρους, σκύλους και γάτες. Φθορίζοντα φυτά και μύκητες είναι επίσης διαθέσιμα.