חלבון פלואורסצנטי ירוק

חלבון פלואורסצנטי ירוק (Green fluorescent protein, GFP) הוא חלבון של 238 חומצות אמינו שמקורו במדוזה Aequorea victoria. הוא סופג אור כחול ופולט אור ירוק. בחלבון יש מבנה דמוי חבית, מבנה β-barrel שמורכב מ-11 משטחי בטא, ובמרכזו נמצא הכרומופור, החלק שיוצר ומפיץ את האור.

המבנה הדחוס של החבית מאפשר לכרומופור להיווצר ולהישמר. הוא גם מגן עליו מפני quenching, כלומר ירידה בעוצמת האור הנגרמת מהשפעות סביבתיות. בתאים משתמשים בגן של ה-GFP כגן מדווח: הוא מסמן חלבונים או תאים על ידי פליטה של אור.

GFP שימושי במיוחד בבתי-מיקרוסקופיה פלואורסצנטית שמאפשרת מעקב זמן-אמת אחר תהליכים בתא. שיטות אלה הראו כיצד חלבונים נארזים, נעים וכיצד פועל ה-RNA בתא. חלבוני פלואורסצנט קטנים כמו FITC עלולים להיות פוטוטוקסיים, מזיקים כאשר מאירים בתאים חיים, בעוד ש-GFP בדרך כלל פחות מזיק.

ה-GFP זוהה לראשונה בשנות ה־60־70 וחוקר מוביל בנושא היה אוסאמו שימומורה. אצל המדוזה פועל חלבון בשם אקוורין שמקשר יוני סידן (Ca2+) ומייצר אור כחול; חלק מהאנרגיה מועברת ל-GFP שמפליט אור ירוק. בשנת 1992 דוגלס פרשר שיבט את הגן של ה-GFP. פרשר שלח את הדוגמות למעבדות שונות. מרטין צ'לפי הראה ב־1994 שניתן להפעיל את הגן בתאים אחרים, כמו חיידקי E. coli ונמטודות C. elegans. עבודות נוספות הראו תוצאות דומות.

ה-GFP מתאקלם ופלואורסצנטי בטמפרטורת החדר ואינו זקוק לגורמים חיצוניים כדי להאיר. עם זאת, צורת הבר הבראשיתית סבלה מקשיי קיפול בטמפרטורת גוף של 37°C ומיציבות אור לא מושלמת. המבנה הגבישי הראשון פורסם ב־1996, והוא סייע לחוקרים להבין את הכרומופור ולפתח מוטציות משופרות. על גילוי ה-GFP זכו שימומורה, צ'לפי ורוג'ר צין בפרס הנובל לכימיה לשנת 2008.

במהלך השנים פותחו מוטציות רבות כדי לשפר את ה-GFP לפי צרכי מחקר. מוטציית S65T הייתה חשובה במיוחד. היא חיזקה את הפלואורסצנציה, שיפרה את יציבות האור, והזיזה את שיא העירור הראשי ל־488 ננומטר כשהשיא של הפליטה נשאר ב־509 ננומטר. מוטציה נוספת, F64L, שיפרה את התקפלות החלבון ב־37°C. שינויים נוספים גרמו לכך ש-GFP יתפקד היטב גם כשמחוברים אליו פפטידים שקשה להם להיקפל.

בנוסף פותחו נגזרות בצבעים שונים: כחול, ציאן (כחול־ירקרק) וצהוב. בצורתו הטבעית שיאי העירור והפליטה הם בערכים סביב 395nm, 475nm ו־509nm בהתאמה.

GFP (חלבון פלואורסצנטי ירוק) הוא חלבון שמגיע ממדוזה בשם Aequorea victoria. חלבון (חומר בגוף) זה מאיר בצבע ירוק כאשר הוא נחשף לאור כחול. הכרומופור (החלק שנותן צבע) נמצא במרכז החלבון.

החלבון נראה כמו חבית קטנה. החבית מגנה על הכרומופור ועוזרת לו להאיר טוב. מדענים משתמשים ב-GFP כדי לסמן תאים וחלבונים. כך אפשר לראות בתמונה באיזה מקום בתא הם נמצאים.

ה-GFP התגלה לפני שנים רבות. החוקר אוסאמו שימומורה חקר אותו. אחר כך מדענים אחרים שיבטו את הגן שלו והראו שניתן להשתמש בו בחיידקים ובתולעים. על הגילוי ויתרונותיו קיבלו מדענים פרס חשוב ב־2008.

החוקרים שינו את ה-GFP כדי שיהיה חזק יותר. מוטציה בשם S65T עזרה לו להאיר יותר ולשנות קצת את סוג האור שהוא קולט. מוטציה אחרת, F64L, עזרה לו להתקפל טוב בטמפרטורת גוף.

יש גם הגרסאות של ה-GFP בצבעים אחרים, כמו כחול וצהוב. בגרסה הטבעית שיא הפליטה הוא סביב 509 ננומטר, שזה האורך גל של האור הירוק.