پروتئین سبز

چندین عضو از راسته کیسه تنان بیولومینسنت هستند؛ برخی نور آبی منتشر می کنند و برخی دیگر نور سبز. هنگامی که شیمامورو و همکارانش اولین پروتئین تولید کنند نور را از یک کیسه تن با بیولومینسینگ سبز، آکوآرین از یک ژله ماهی به نام Aequorea victoria ، استخراج و مشخصه یابی کردند، دریافتند که آکوآرین فعال، نور آبی تولید می کند، نه نور سبز بنابراین نور سبز در Aequorea victoria توسط تحریک پروتئین دیگری که ذاتاً فلورسانت است تولید می شود، که آن را به عنوان پروتئین سبز توصیف می کردند، که اکنون به عنوان پروئین فلورسنت سبز (GFP) نامیده می شود.

پروتئین فلورسنت سبز بیش از صد و شصت میلیون سال است که در گونه ای از ژله ماهی به نام Aequorea victoria وجود دارد. البته اشتباه نکنید، پروتئین سبز مسئول نوری نیست که شما در عکس هایی که از ژله ماهی ها گرفته شده می بینید، این نور در حقیقت مربوط به انعکاس نور فلشی است که در عکاسی از این ژله ای ها استفاده می شود.

 ژله ماهی Aequorea victoria

در Aequorea victoria پروتئین به نام آکوارین با اتصال به یون کلسیم نور آبی آزاد می کند. این نور آبی کاملاً توسط پروتئین سبز جذب می شود، که سبب می شود این پروتئین نور سبز از خود منتشر کند که در تصویر زیر آن را می بیند.

اوسامو شیماموری اولین کسی بود که پروتئین سبز را استخراج کرد تا دریابد که کدام قسمت آن مسئول نور فلورسنتش است. تحقیقات دقیق وی شالوده ای است که پایه های انقلاب پروتئین سبز را بنانهاد. در سال 1960 وی از ژاپن به پرینستون رفت و مطالعه بر روی بیولومینسانس ژله ماهی کریستالی؛ Aequorea victoria را شروع کرد.

تصویر زیر از شیمامورو در آزمایشگاهی که در زیرزمین خانه اش ساخته گرفته شده، در حالی که یک نمونه واقعی از پروتئین فلورسنت سبز که از Aequorea victoria استخراج شده است در دست دارد.

این ژله ماهی، بیولومینسانس سبز را از فتوارگان هایی که در چترش واقع شده است تولید می کند. این اندام های تولید کننده نور یک حلق به دور چتر ایجاد می کنند. هنگامی که این حلقه از 20 یا 30 ژله ماهی از توری های ریون عبور داده شود، یک عصاره با لومینسنت خفیف بدست می آید. شیمامورو به واشنگتون رفت تا این عصاره را جمع آوری کند و ماده ای را که مسئولی این لومنسانس است را استخراج کند. شیمامورو تخمین می زند که به منظور انجام تحقیقاتش بیش از یک میلیون ژله ماهی، جمع آوری کرده و حلقه آنها را بریده و عصاره تولید کرده است.

 گیرنده های نوری واقع در چتر Aequorea Victoria بیولومینسینگ

علاقه اسامو شیمامورو به آکوآرآ همیشه به دلیل بیولومینسانسش بوده است. وی خواهان درک اساس شیمیایی و بیوشیمیایی درگیر در تولید نور سبز بود و هرگز به بکارگیری پروتئین سبز به عنوان مولکول ردیاب علاقه ای نشان نداد. اما دانشمندان دیگر که از آن  جمله داگلاس پراشر است، تلاش کردند تا از این یافته ی شیمامورو به عنوان یک بیوسنسور یا یک مولکول نشانگر در ردیابی بیان ژن ها استفاده کنند. که نتیجه تلاش آنها استفاده از ژن کد کنند پرتئین سبز به عنوان سنسور و نشانگر در سطح وسیع در تحقیقات و صنایع امروز است. به همین دلیل نوبل شیمی 2008 به شیمامورو،  Marty Chalfie و  Roger Tsien به خاطر این کشفشان اهدا شد.

داگلاس پراشر اولین شخصی بود که به پتانسیل پروتئین سبز به عنوان مولکول ردیاب توجه کرد. در سال 1987، ایده ی وی جرقه های انقلاب پروتئین سبز را روشن کرد. وی در این اندیشه بود که پروتئین سبز از ماهی ژله ای می تواند برای گزارش زمانیکه پروتئین در سلول ساخته  می شود استفاده شود. پروتئین ها بسیار کوچک هستند و حتی با میکروسکوپ الکترونی هم نمی توان آنها را دید. با این حال، اگر بتوان پروتئین ویژه ای را برای مثال هموگلوبین، به پروتئین سبز متصل کرد، می توان فلورسانس سبز ناشی از پروتئین سبز متصل به هموگلبولین را دید، که کمی مانند بستن یک لامپ به مولکول هموگلوبین است. هموگلوبین یک مولکول حیاتی در بدن است، چراکه در بدن ما اکسیژن حمل می کند. بدن ما به طور پیوسته هموگلوبین های جدید می سازد.  هنگامی که هموگلوبین های جدید نیاز است، ماشین تولید کننده پروتئین در سلول فعال می شود؛ ژن خوانده می شود و پروتئین ساخته می شود. در پایان ژن یک پیام قرار دارد به نام «کدون پایان»، که پایان تولید پروتئین را هشدار می دهد. ساخت پروتئین با استفاده از دستورالعمل موجود در ژن، بیان پروتئین نامیده می شود.

داگلاس پراشر این رویا را داشت که می توان با استفاده از تکنیک های مولکول های زیستی، ژن پروتئین سبز را در پایان ژن هموگلوبین، درست قبل از کدون پایان، وارد کرد. و هنگامی که سلول نیاز به ساخت هموگلوبین دارد، ژن هموگلوبین خوانده می شود و اطلاعات کد شده در ژن برای ساخت پروتئین استفاده می شود، اما به جای توقف ماشین رونویسی ژن، هنگامی که ساخت هموگلوبین به اتمام می رسد، این سلول ساخت پروتئین سبز را ادامه می دهد تا در پایان ژن پروتئین سبز به کدون پایان برسد. در نتیجه سلول مولکول هموگلوبین با پروتئین سبز متصل به آن تولید می کند.

منابع:

MARTINC HALF. Green flourescent protein. Photochemistry and Photobiology, 62, 4, 651456, 1995

hillips G (2001). Green fluorescent protein--a bright idea for the study of bacterial protein localization.FEMS Microbiol Lett 204 (1): 9–18.

GFP

Shimomura O, Johnson F, Saiga Y (1962). Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea. J Cell Comp Physiol 59 (3): 223–39.