Учёные изучили изменение цвета с зелёного на красное в флуоресцентном белке
Учёные из Сколковского института науки и технологий (Сколтех), Института биоорганической химии (ИБХ РАН) и МГУ провели детальное исследование фотоиндуцированного перехода (фотоконверсии) с зелёного на красный цвет в зелёном флуоресцентном белке (GFP). Результаты опубликованы в Frontiers of Molecular Biosciences.
Изначально обнаруженный у медуз, GFP произвёл технологическую революцию в биологии, став первой генетически кодируемой меткой для анализа и визуализации клеточных процессов. В 1997 году было замечено, что GFP меняет цвет с зелёного на красный при облучении светом в бескислородной среде, что впервые показало его способность к красной флуоресценции. Однако механизм фотоконверсии долгое время оставался плохо изученным, поскольку продукты превращения были слишком нестабильны для применения стандартных методов, таких как рентгеноструктурный анализ.
В новом исследовании учёные определили промежуточные спектральные формы, возникающие в процессе фотоконверсии GFP. С помощью компьютерного моделирования они предложили структуры соответствующих состояний хромофора (части молекулы, ответственной за цвет) и впервые детально описали молекулярный механизм фотоконверсии.
По словам профессора Центра наук о жизни (CLS) Сколтеха Константина Лукьянова, исследование имеет практическое значение:
- Оксилительно-восстановительные фотоконверсии ответственны за быстрое фотообесцвечивание GFP в микроскопии, что сильно ограничивает его практическое использование.
- Интенсивность фотоконверсии может указывать на насыщение клетки кислородом и окислительный стресс, вызванный избытком активных форм кислорода.
- Изучение фотоконверсии может быть ключом к пониманию первичных функций предковых GFP-подобных белков. Поскольку они возникли очень рано в эволюции животного мира, когда ещё не было глаз для детекции флуоресценции, это предполагает, что «древние» белки выполняли другие «базовые» функции, например, защиту от избытка солнечного света или перенос электронов.