Ученые из Сколтеха, Института биоорганической химии РАН (ИБХ РАН) и МГУ детально изучали фотоконверсию (превращение под действием света) зеленого флуоресцентного белка (GFP) из зеленой в красную форму. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers of Molecular Biosciences.

Зеленый флуоресцентный белок (GFP), изначально найденный у медузы, спровоцировал настоящую технологическую революцию в биологии, став первой меткой, кодируемой генетически, и позволивший изучить и визуализировать множество клеточных процессов. Еще в 1997 году заметили, что в бескислородной среде под действием света зеленый белок становится красным. Это было первое свидетельство того, что флуоресцентный белок может проявлять красную флуоресценцию. Однако механизм этой фотоконверсии так и не был изучен, в связи с неустойчивостью продуктов превращения, мешающей применить стандартные подходы для прямого определения структуры, например, рентгеноструктурный анализ.

В своей последней работе группа ученых из Сколтеха, Института биоорганической химии РАН и МГУ охарактеризовали промежуточные спектральные состояния в ходе фотоконверсии GFP из зеленого в красное состояние. Компьютерное моделирование позволило предложить структуры соответствующих состояний хромофора (части молекулы, отвечающей за цвет) и впервые сформулировать детальный молекулярный механизм фотоконверсии.

По словам профессора Центра наук о жизни Сколтеха Константина Лукьянова, изучение фотоконверсий имеет прикладное значение: «Во-первых, окислительно-восстановительные фотоконверсии ответственны за быстрое фотовыцветание GFP при микроскопии – один из важнейших лимитирующих факторов практического использования GFP. Во-вторых, интенсивность фотоконверсии может служить показателем состояния клетки – насыщенности кислородом и окислительном стрессе, возникающем при избытке активных форм кислорода. Наконец, это может служить ключом к пониманию первичных функций предков GFP-подобных белков. Ведь 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, «базовые», функции, например, функцию защиты от избыточного солнечного света или перенос электронов».