Все новости

Ученые выяснили, почему зеленый светящийся белок медуз постепенно краснеет

Кроме того, они нашли его новую, оранжевую разновидность

ТАСС, 10 сентября. Российские химики выяснили цепочку реакций, которая объясняет, почему свечение зеленого флуоресцентного белка GFP со временем приобретает красный оттенок. Благодаря этому ученые смогут понять, как возникли подобные молекулы, пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий. Результаты работы опубликовал научный журнал Frontiers of Molecular Biosciences.

"Это открытие может послужить ключом к пониманию первичных функций предков GFP-подобных белков. Они возникли на очень ранних этапах эволюции царства животных, когда ни у кого вокруг не было глаз для обнаружения флуоресценции. Следовательно, флуоресцентные белки тогда выполняли другие, более базовые функции, например, защищали от избыточного солнечного света или участвовали в переносе электронов", – рассказал один из авторов исследования, профессор Сколковского института науки и технологий Константин Лукьянов.

Многие грибы, а также ночные и морские животные (к примеру, медузы, рыбы-дьяволы и светлячки) умеют вырабатывать зеленое, синее или красное свечение, преобразуя энергию химических реакций в пучки частиц света. Ученые активно исследуют участвующие в этом процессе гены и белки. Самый известный из них – белок зеленой флуоресценции GFP. Инструкции по его сборке содержатся в ДНК медуз вида Aequorea victoria.

За последние годы в ходе экспериментов ученые встроили этот участок ДНК в геномы десятков видов других животных, в том числе кошек, кур, мышей, собак. Благодаря подобной "подсветке" биологи могут следить за различными клеточными процессами и работой отдельных органов. Открытие GFP было признано столь важным для науки, что за это в 2008 году присудили Нобелевскую премию по химии.

Загадки биохимической эволюции

Как отмечают Лукьянов и его коллеги, несмотря на столь широкое использование GFP, далеко не всего свойства полностью изучены. К примеру, химики до настоящего времени не до конца понимали, почему его свечение со временем приобретало красный оттенок.

Подобное "покраснение" флуоресцентного белка, как обнаружили ученые еще в конце 1990-х годов, происходит даже тогда, когда в той среде, где находятся его молекулы, нет кислорода и других окислителей, способных изменить структуру белковых цепочек. Последующие опыты показали, что это явление было связано с воздействием света на молекулы GFP. Однако точный механизм этих трансформаций для химиков оставался загадкой.

Российские исследователи из Сколковского института науки и технологий, Института биоорганической химии РАН и МГУ нашли ответ на этот вопрос. Они изучили, как спектр свечения молекул GFP меняется по мере покраснения. Исследователи попытались воспроизвести эти изменения при помощи компьютерной модели такой молекулы.

Благодаря этому ученые поняли, как именно частицы света меняют структуру белка и заставляют его вырабатывать красный свет. Кроме того, они нашли среди промежуточных продуктов этой реакции новую форму GFP, заменив всего одну аминокислоту в белковой цепочке. Она вырабатывает не красный или зеленый, а оранжевый свет.

Результаты этих расчетов, как отметил Лукьянов, не только помогут ученым узнать о происхождении и изначальных функциях подобных светящихся молекул, но и сделать подобные белки более долговечными, то есть более удобными для использования в медицинских и научных целях.