Зелёный флуоресцентный белок
Зелёный флуоресцентный белок (ЗФБ) (англ. green fluorescent protein, GFP) — белок, выделенный из медузы Aequorea victoria, который флуоресцирует в зелёном диапазоне при освещении его синим светом. В настоящее время ген белка широко используется в качестве светящейся метки в клеточной и молекулярной биологии для изучения экспрессии клеточных белков. Разработаны модификации белка для применения в биосенсорах. Созданы цельные светящиеся животные (например, свиньи), у которых ЗФБ внесён в геном и передаётся по наследству. Созданы также ЗФБ-содержащие вирусные векторы, позволяющие локально вводить желаемый ген в организм животного и прослеживать экспрессируемый белок. В 2008 году Осаму Симомура, Мартин Чалфи и Роджер Тсьен получили Нобелевскую премию по химии «за открытие и разработку зелёного флуоресцентного белка GFP».
Структура и свойства
Зелёный флуоресцентный белок характеризуется двумя пиками поглощения при длинах волн 395 нм (основной) и 475 нм (минорный) и пиком флуоресценции на 498 нм. Белок состоит из 238 аминокислот с молекулярной массой 26,9 кДа. Белок представляет собой типичную бета-складчатую структуру (см. например, липокалин), формирующую «бочонок» или «цилиндр» из 11 поворотов первичной последовательности, внутри которого находится флуорофор. Оболочка цилиндра защищает флуорофор от тушения его флуоресценции компонентами микроокружения. Кроме этого, внутренняя структура молекулы вызывает специфические реакции циклизации трипептида Ser65-Tyr66-Gly67, что приводит к образованию флуорофора. Этот процесс называется созреванием и включает несколько этапов, каждый из которых формирует промежуточный или конечный продукты с различными спектральными свойствами.
История
Зелёный флуоресцентный белок был выделен вместе с другим светящимся белком экворином из медузы Aequorea victoria Осаму Симомурой, который в 1960 году приехал из Японии в Принстонский университет и начал изучать биолюминесценцию медузы. В 1960—1970-е года он выделил оба белка и изучал механизм их свечения. Оказалось, что в A. victoria взаимодействие ионов кальция с экворином вызывает голубое свечение белка. Часть этой биолюминесценции переносится на зелёный флуоресцентный белок, который поглощает синий свет и испускает флуоресценцию зелёного цвета, что в целом приводит к зелёному сдвигу в свечении медузы.
Однако применение ЗФБ в молекулярной биологии началось лишь в 1990-х годах. В 1992 году Дуглас Прэшер проклонировал и просеквенировал ДНК белка, после чего из-за недостатка финансирования вынужден был закрыть проект и разослал полученную ДНК в несколько лабораторий, в том числе в лабораторию Мартина Чалфи. Мартин Чалфи экспрессировал последовательность в Escherichia coli и Caenorhabditis elegans и опубликовал результаты в журнале Science в 1994. Месяц спустя были опубликованы независимые результаты из лаборатории Фредерика Тцуи. Оказалось, что GFP принимал нативную конформацию и образовывал флуорофор при комнатной температуре и без добавления дополнительных кофакторов, что обеспечило возможность использования белка в качестве маркёра в клетках многих организмов.
ЗФБ в искусстве
Кристаллическая структура белка была расшифрована в 1996 году в лаборатории Ремингтона. Она прояснила механизм образования флуорофора и роль окружающих аминокислот. Это позволило получать мутантные GFP с повышенной устойчивостью, с различной флуоресценцией и другими улучшенными свойствами по сравнению с диким типом.
Фосс-Андре Юлиан (Julian Voss-Andreae), художник немецкого происхождения, специализирующийся на «белковых скульптурах», создал скульптуры, основанные на структуре ЗФБ, в том числе работы Зелёный флуоресцентный белок (2004) высотой 1,7 м и Стальная медуза (2006), высотой 1,4 м. Последняя была установлена на биологической станции Лаборатории Пятничной гавани (Friday Harbor Laboratories) Вашингтонского университета (University of Washington), где в 1962 году Осама Симомура открыл ЗФБ.
См. также
Напишите отзыв о статье "Зелёный флуоресцентный белок"
Ссылки
- [lenta.ru/news/2008/10/08/chem/ Нобелевскую премию по химии присудили за зелёный флуоресцентный белок]
- [asb.aecom.yu.edu/faculty/verkhusha_vladislav/pdf/Stepanenko_et_al_2007.pdf Флуоресцентные белки]
- [www.microscopyu.com/articles/livecellimaging/fpintro.html Introduction to fluorescent proteins]
- [www.conncoll.edu/ccacad/zimmer/GFP-ww/GFP-1.htm History, uses, and structure of GFP]
- [www.nature.com/nmeth/focus/fluorescence/classics/proteins.html Brief summary of landmark GFP papers]
- Interactive Java applet demonstrating the chemistry behind the [www.olympusconfocal.com/java/fpfluorophores/gfpfluorophore/index.html formation of the GFP fluorophore]
- [tsienlab.ucsd.edu Tsien Lab @ UCSD]
- [nobelprize.org/nobelfoundation/symposia/medicine/ncs2001-3/medvideo/tsien.ram Video of Nobel Prize lecture of Roger Tsien on fluorescent proteins]
- [tsienlab.ucsd.edu/Documents/REF%20-%20Fluorophore%20Spectra.xls Excitation and emission spectra for various fluorescent proteins]
- [www.conncoll.edu/ccacad/zimmer/GFP-ww/timeline.html Timeline]
- [faculty.washington.edu/cemills/Aequorea.html Some factoids about Aequorea, the jellyfish source of GFP]
- [www.youtube.com/watch?v=Sl2PRHGpYuU Video introduction to GFP], from the [www.pubinfo.vcu.edu/secretsofthesequence/ «Secrets of the Sequence» educational video series]
- [postnauka.ru/video/10754 Доктор биологических наук Дмитрий Чудаков о флуоресцентном красителе]
Отрывок, характеризующий Зелёный флуоресцентный белок
– Тех людей, которые всем пожертвовали для него, – подхватила княжна, порываясь опять встать, но князь не пустил ее, – чего он никогда не умел ценить. Нет, mon cousin, – прибавила она со вздохом, – я буду помнить, что на этом свете нельзя ждать награды, что на этом свете нет ни чести, ни справедливости. На этом свете надо быть хитрою и злою.– Ну, voyons, [послушай,] успокойся; я знаю твое прекрасное сердце.
– Нет, у меня злое сердце.
– Я знаю твое сердце, – повторил князь, – ценю твою дружбу и желал бы, чтобы ты была обо мне того же мнения. Успокойся и parlons raison, [поговорим толком,] пока есть время – может, сутки, может, час; расскажи мне всё, что ты знаешь о завещании, и, главное, где оно: ты должна знать. Мы теперь же возьмем его и покажем графу. Он, верно, забыл уже про него и захочет его уничтожить. Ты понимаешь, что мое одно желание – свято исполнить его волю; я затем только и приехал сюда. Я здесь только затем, чтобы помогать ему и вам.
– Теперь я всё поняла. Я знаю, чьи это интриги. Я знаю, – говорила княжна.
– Hе в том дело, моя душа.
– Это ваша protegee, [любимица,] ваша милая княгиня Друбецкая, Анна Михайловна, которую я не желала бы иметь горничной, эту мерзкую, гадкую женщину.
– Ne perdons point de temps. [Не будем терять время.]
– Ax, не говорите! Прошлую зиму она втерлась сюда и такие гадости, такие скверности наговорила графу на всех нас, особенно Sophie, – я повторить не могу, – что граф сделался болен и две недели не хотел нас видеть. В это время, я знаю, что он написал эту гадкую, мерзкую бумагу; но я думала, что эта бумага ничего не значит.
– Nous у voila, [В этом то и дело.] отчего же ты прежде ничего не сказала мне?
– В мозаиковом портфеле, который он держит под подушкой. Теперь я знаю, – сказала княжна, не отвечая. – Да, ежели есть за мной грех, большой грех, то это ненависть к этой мерзавке, – почти прокричала княжна, совершенно изменившись. – И зачем она втирается сюда? Но я ей выскажу всё, всё. Придет время!
В то время как такие разговоры происходили в приемной и в княжниной комнатах, карета с Пьером (за которым было послано) и с Анной Михайловной (которая нашла нужным ехать с ним) въезжала во двор графа Безухого. Когда колеса кареты мягко зазвучали по соломе, настланной под окнами, Анна Михайловна, обратившись к своему спутнику с утешительными словами, убедилась в том, что он спит в углу кареты, и разбудила его. Очнувшись, Пьер за Анною Михайловной вышел из кареты и тут только подумал о том свидании с умирающим отцом, которое его ожидало. Он заметил, что они подъехали не к парадному, а к заднему подъезду. В то время как он сходил с подножки, два человека в мещанской одежде торопливо отбежали от подъезда в тень стены. Приостановившись, Пьер разглядел в тени дома с обеих сторон еще несколько таких же людей. Но ни Анна Михайловна, ни лакей, ни кучер, которые не могли не видеть этих людей, не обратили на них внимания. Стало быть, это так нужно, решил сам с собой Пьер и прошел за Анною Михайловной. Анна Михайловна поспешными шагами шла вверх по слабо освещенной узкой каменной лестнице, подзывая отстававшего за ней Пьера, который, хотя и не понимал, для чего ему надо было вообще итти к графу, и еще меньше, зачем ему надо было итти по задней лестнице, но, судя по уверенности и поспешности Анны Михайловны, решил про себя, что это было необходимо нужно. На половине лестницы чуть не сбили их с ног какие то люди с ведрами, которые, стуча сапогами, сбегали им навстречу. Люди эти прижались к стене, чтобы пропустить Пьера с Анной Михайловной, и не показали ни малейшего удивления при виде их.
– Здесь на половину княжен? – спросила Анна Михайловна одного из них…
– Здесь, – отвечал лакей смелым, громким голосом, как будто теперь всё уже было можно, – дверь налево, матушка.
– Может быть, граф не звал меня, – сказал Пьер в то время, как он вышел на площадку, – я пошел бы к себе.
Анна Михайловна остановилась, чтобы поровняться с Пьером.
– Ah, mon ami! – сказала она с тем же жестом, как утром с сыном, дотрогиваясь до его руки: – croyez, que je souffre autant, que vous, mais soyez homme. [Поверьте, я страдаю не меньше вас, но будьте мужчиной.]
– Право, я пойду? – спросил Пьер, ласково чрез очки глядя на Анну Михайловну.
– Ah, mon ami, oubliez les torts qu'on a pu avoir envers vous, pensez que c'est votre pere… peut etre a l'agonie. – Она вздохнула. – Je vous ai tout de suite aime comme mon fils. Fiez vous a moi, Pierre. Je n'oublirai pas vos interets. [Забудьте, друг мой, в чем были против вас неправы. Вспомните, что это ваш отец… Может быть, в агонии. Я тотчас полюбила вас, как сына. Доверьтесь мне, Пьер. Я не забуду ваших интересов.]
Пьер ничего не понимал; опять ему еще сильнее показалось, что всё это так должно быть, и он покорно последовал за Анною Михайловной, уже отворявшею дверь.
Дверь выходила в переднюю заднего хода. В углу сидел старик слуга княжен и вязал чулок. Пьер никогда не был на этой половине, даже не предполагал существования таких покоев. Анна Михайловна спросила у обгонявшей их, с графином на подносе, девушки (назвав ее милой и голубушкой) о здоровье княжен и повлекла Пьера дальше по каменному коридору. Из коридора первая дверь налево вела в жилые комнаты княжен. Горничная, с графином, второпях (как и всё делалось второпях в эту минуту в этом доме) не затворила двери, и Пьер с Анною Михайловной, проходя мимо, невольно заглянули в ту комнату, где, разговаривая, сидели близко друг от друга старшая княжна с князем Васильем. Увидав проходящих, князь Василий сделал нетерпеливое движение и откинулся назад; княжна вскочила и отчаянным жестом изо всей силы хлопнула дверью, затворяя ее.
