Grønt fluorescerende protein

Grønt fluorescerende protein
Grønt fluorescerende protein
Belte- modell i henhold til FBB  1EMA

Eksisterende strukturelle data: se UniProt-oppføring

Masse / lengde primærstruktur 238 aminosyrer , 26,9  kDa
Sekundær til kvartær struktur Monomer eller dimer
Identifikator
Gennavn (er) GFP
Eksterne ID-er
Hendelse
Parent taxon Aequorea victoria

Visualisering av cellemembranen til gjærceller med GFP og RFP fusjonsproteiner
Illustrasjon av åtte forskjellige fluorescerende proteiner (BFP, mTFP1, Emerald, Citrine, mOrange, mApple, mCherry og mGrape) i bakterier

Det grønne fluorescerende proteinet (forkortelse GFP ; engelsk grønt fluorescerende protein ) er et protein fra maneten Aequorea victoria , først beskrevet av Osamu Shimomura i 1962 , som fluorescerer grønt når det blir begeistret med blått eller ultrafiolett lys . Dens uvurderlige betydning i biologi , spesielt cellebiologi , ligger i evnen til å fusjonere GFP med noe annet protein på en genspesifikk måte. På grunn av fluorescensen til GFP, kan den romlige og tidsmessige fordelingen av det andre proteinet i levende celler, vev eller organismer observeres direkte.

I 2008 ble Nobelprisen i kjemi tildelt Osamu Shimomura , Martin Chalfie og Roger Tsien for "oppdagelsen og videreutviklingen av det grønne fluorescerende proteinet" .

kjennetegn

Den primære strukturen består av 238 aminosyrer med en molekylvekt på 26,9  kDa . Den faktiske fluoroforen til GFP dannes tydeligvis autokatalytisk fra tripeptidsekvensen Ser 65 –Tyr 66 –Gly 67 i polypeptidkjeden. Denne fluorescensen er ikke basert på en ombygging av et eksternt enzym eller senere integrerte stoffer, så den fungerer helt uten cellespesifikke prosesseringssystemer.

I sin opprinnelige organisme mottar GFP sin eksitasjonsenergi gjennom strålingsfri energioverføring fra fotoprotein- aequorin . I applikasjoner stimuleres alltid GFP optisk. Den umodifiserte, naturlig forekommende GFP har to eksitasjonsmaksimum . Den første har en bølgelengde på 395 nm, den andre ved 475 nm. Utslippsbølgelengden er 509 nm.

applikasjon

Venstre og høyre en GFP-mus under UV-lys. I midten en mus uten GFP.

Douglas Prasher isolerte og sekvenserte DNA fra GFP i 1992 . Siden Prasher lyktes i å bruke GFP som en markør for andre proteiner i 1994, har denne teknikken blitt en standardmetode innen cellebiologi på få år. For å produsere GFP-fusjonsproteiner er DNA til proteinet som skal undersøkes koblet til GFP-DNA og ført til en form (se vektor ) som kan tas opp av cellen slik at den produserer fusjonsproteinet uavhengig ( transfeksjon / eller transformasjon på ikke cellekulturer). I mange tilfeller blir proteinet som skal undersøkes fremdeles transportert til riktig sted i cellen , og GFP kan gi informasjon om den tidsmessige og romlige lokaliseringen av målproteinet i cellen ved hjelp av fluorescensmikroskopi .

GFP kan klassifiseres som ikke-giftig i nesten alle eukaryote celler og er derfor perfekt egnet for undersøkelse av biologiske prosesser in vivo . Hvis uttrykket er veldig høyt, kan det eneste problemet være dannelsen av peroksid under dannelsen av fluoroforen, noe som kan sette cellen under stress og skade den.

Moderne metoder for fluorescensmikroskopi, for eksempel Vertico-SMI , STED-mikroskopi , 3D SIM-mikroskopi og Photoactivated Localization Microscopy, kan løse strukturer merket med GFP-derivater eller foteaktiverbare fluorescerende proteiner utover den optiske oppløsningsgrensen.

Applikasjoner som avviker fra laboratoriemetoder, som f.eks B. en lysende kanin eller en genetisk manipulert sebrafisk ( Danio rerio ) tilgjengelig i dyrebutikker i USA under navnet GloFish .

varianter

Det er nå forskjellige modifiserte versjoner av den originale GFP som har forskjellige fluorescensspektre. Avhengig av farge kalles de for eksempel CFP ( cyan ), BFP ( blå ) eller YFP ( gul ). Ved dyktig bruk kan individuelle celleorganeller farges forskjellig og kan deretter observeres separat ved hjelp av segregering (spektral dekonvolusjon). Utviklingen av forbedrede varianter som forbedret GFP (EGFP) eller forbedret YFP (EYFP) er også å se på som avgjørende. RoGFP , rxYFP og HyPer er redoksfølsomme varianter av GFP. Spenningsavhengige GFP-varianter er f.eks. B. PROPS eller VSFP .

Fluorescerende proteiner fra koraller ( Anthozoa ) blir også stadig viktigere . ZoanFP (fra Zoanthus sp.) Eller det røde fluorescerende proteinet drFP583 (fra Discosoma ), handelsnavnet DsRed, bør nevnes her. Mange av disse proteinene er allerede muterte og endret i deres egenskaper for å få andre egenskaper. Mange fluorescerende proteiner er tetramerer. Dette brukes ved å inkorporere monomerer som utvikler seg i forskjellige hastigheter. Så fargen på proteinet endres over tid. Slike fluorescens-tidtakere er nyttige, for eksempel for å bestemme alderen på organeller . DsRed-mutanten E5 har for eksempel denne egenskapen.

Det grønne fluorescerende proteinet i kunst

Plastmaneter (' stålmaneter ') (2006), basert på strukturen til det grønne fluorescerende proteinet . Bildet viser den ca. 1,40 m høye rustfrie stålskulpturen på eiendommen til Friday Harbor Laboratories på San Juan Island i staten Washington, hvor GFP ble oppdaget.

Den tysk-amerikanske kunstneren Julian Voss-Andreae , som spesialiserer seg på “proteinskulpturer”, laget en skulptur i 2004 som er basert på strukturen til GFP.

hovne opp

  1. ↑ Osamu Shimomura, FH Johnson og Y. Saiga: Ekstraksjon, rensing og egenskaper av aequorin, et bioluminescerende protein fra den lysende hydromedusan, Aequorea . I: Journal of Cellular and Comparative Physiology . Volum 59, 1962, s. 223-239. PMID 13911999 doi : 10.1002 / jcp.1030590302
  2. ↑ Osamu Shimomura: Oppdagelsen av aequorin og grønt fluorescerende protein . I: Journal of Microscopy . Volum 217, 2005, s. 1-15. PMID 15655058 doi : 10.1111 / j.0022-2720.2005.01441.x
  3. ↑ UniProt P42212
  4. ^ I. Moen, C. Jevne, J. Wang, KH Kalland, M. Chekenya, LA Akslen, L. Sleire, PO Enger, RK Reed, AM Oyan, LE Stuhr: Genuttrykk i tumorceller og stroma i dsRed 4T1 svulster i eGFP-uttrykkende mus med og uten forbedret oksygenering. I: BMC Cancer . Volum 12, 2012, s. 21, doi: 10.1186 / 1471-2407-12-21 . PMID 22251838 . PMC 3274430 (gratis fulltekst).
  5. ↑ DC Prasher, VK Eckenrode, WW Ward, FG Prendergast og MJ Cormier: Primær struktur av Aequorea victoria grønn-fluorescerende protein . I: Gener . Bind 111, 1992, s. 229-233. PMID 1347277
  6. ↑ M. Chalfie, Y. Tu, G. Euskirchen, WW Ward og DC Prasher: grønt fluorescerende protein som en markør for genekspresjon . I: Vitenskap . Volum 263, 1994, s. 802-805. PMID 8303295 doi: 10.1126 / science.8303295
  7. ↑ Transgene akvariefisk. Telepolis, 23. november 2003.
  8. ↑ VV Verkusha og KA Lukyanov: De molekylære egenskaper og anvendelser av Anthozoa fluorescerende proteiner og chromoproteins. I: Nature Biotechnology . Volum 22, 2004, s. 289-296. PMID 14990950 doi : 10.1038 / nbt943
  9. ↑ A. Terskikh et al. : "Fluorescerende timer". Protein som endrer farge med tiden. I: Vitenskap. Volum 290, 2000, s. 1585-1588. PMID 11090358 doi : 10.1126 / science.290.5496.1585
  10. ^ Julian Voss-Andreae Skulptur . Hentet 14. juni 2007.
  11. ↑ J Voss-Andreae: Proteinskulpturer: Livets byggesteiner inspirerer kunst . I: Leonardo . 38, 2005, s. 41-45. doi : 10.1162 / leon.2005.38.1.41 .
  12. ↑ Alexander Pawlak: Inspirerende proteiner . I: Physics Journal . 4, 2005, s. 12.

litteratur

Se også

weblenker

Commons : Green Fluorescent Protein  - Samling av bilder, videoer og lydfiler