Grün fluoreszierendes Protein

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Das Grün fluoreszierende Protein (Abkürzung GFP; engl. green fluorescent protein) ist ein erstmals 1962 von Osamu Shimomura beschriebenes Protein der Qualle Aequorea victoria, das bei Anregung mit blauen oder ultravioletten Licht grün fluoresziert. Seine kaum zu überschätzende Bedeutung in der Biologie, insbesondere der Zellbiologie, liegt in der Möglichkeit, GFP mit beliebigen anderen Proteinen Gen-spezifisch zu fusionieren. Durch die Fluoreszenz des GFP kann so die räumliche und zeitliche Verteilung des anderen Proteins in lebenden Zellen, Geweben oder Organismen direkt beobachtet werden

Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Anwendung 3 Varianten 4 Literatur 5 Siehe auch 6 Quellen

[Bearbeiten] Eigenschaften

GFP besteht aus 238 Aminosäuren und hat ein Molekulargewicht von 26.9 kDa. Der eigentliche Fluorophor des GFP bildet sich offenbar autokatalytisch aus der Tripeptidsequenz Ser65-Tyr66-Gly67 innerhalb der 238 Aminosäuren umfassenden Polypeptidkette. Diese intrinsische Fluoreszenz basiert nicht auf einem Umbau durch ein externes Enzym oder nachträglich integrierte Substanzen, kommt also vollständig ohne eventuell zellspezifische Prozessierungssysteme aus.

In seinem Ursprungsorganismus erhält GFP seine Anregungsenergie durch strahlungsfreien Energietransfer vom Photoprotein Aequorin. In Anwendungen wird GFP immer optisch angeregt. Das unmodifizierte, natürlich vorkommende GFP hat zwei Anregungsmaxima. Das erste liegt bei einer Wellenlänge von 395 nm, das zweite bei 475 nm. Die Emissionswellenlänge liegt bei 509 nm.

[Bearbeiten] Anwendung

Seit es Doug Prasher 1994^[1] zum ersten mal gelang, GFP als Marker für andere Proteine zu benutzen, ist diese Technik in wenigen Jahren zu einer Standardmethode der Zellbiologie geworden. Zur Herstellung von GFP-Fusionsproteine wird die DNA des zu untersuchenden Proteins mit der GFP-DNA verbunden und in eine Form gebracht (siehe Vektor), die von der Zelle aufgenommen werden kann, so dass sie das Fusionsprotein selbstständig herstellt (Transfektion). In vielen Fällen wird das zu untersuchende Protein noch an die korrekte Stelle in der Zelle transportiert, und das GFP kann durch Fluoreszenzmikroskopie Aufschluss über die zeitliche und räumliche Lokalisation des Zielproteins in der Zelle geben.

GFP ist in nahezu allen eukaryontischen Zellen als nicht-toxisch einzustufen und eignet sich daher perfekt für die Untersuchung biologischer Prozesse in vivo. Einziges Problem kann bei sehr hoher Expression die Bildung von Peroxid bei der Entstehung des Fluorophors sein, welches die Zelle unter Stress setzen und schädigen könnte.

[Bearbeiten] Varianten

Mittlerweile gibt es diverse modifizierte Versionen des Original-GFPs, die andere Fluoreszenzspektren aufweisen. Entsprechend der Farbe heißen diese zum Beispiel CFP (cyan) oder YFP (yellow). Bei geschickter Anwendung sind einzelne Zellorganellen unterschiedlich einfärbbar und mittels Entmischung (spektrale Dekonvolution) dann getrennt beobachtbar. Als entscheidend ist auch noch die Entwicklung von enhanced-Varianten wie z.B. dem enhanced GFP (eGFP) oder enhanced YFP (eYFP) zu sehen.

Immer größere Bedeutung bekommen auch fluoreszente Proteine aus Korallen^[2] (Anthozoa). Zu nennen sind hier die zoanFPs (aus Zoanthus sp.) oder auch das rot fluoreszierende Protein drFP5833 (aus Discosoma), Handelsname DsRed. Viele dieser Proteine wurden bereits mutiert und in ihren Eigenschaften verändert um andere Eigenschaften zu gewinnen. Viele fluoreszierende Proteine sind Tetramere. Dies wird genutzt, indem man sich unterschiedlich schnell entwickelnde Monomere einbaut, dabei verändert sich also die Farbe des Proteins mit der Zeit^[3]. Solche Fluoreszenz-Timer sind extrem nützlich, um beispielsweise das Alter von Organellen feststellen zu können. Die DsRed-Mutante E5 hat beispielsweise diese Eigenschaft.

[Bearbeiten] Literatur

• R.Y. Tsien: The green fluorescent protein. In: Annual Reviews in Biochemistry 67/1998. S. 509-544. PMID 9759496 doi:10.1146/annurev.biochem.67.1.509
• Martin Chalfie, Steven Cain: GFP: Properties, Applications and Protocols. Wiley-Liss, Inc., New York, 1998, ISBN 0-471-17839-X

[Bearbeiten] Siehe auch

• Moderne Untersuchungsmethoden in der Zellbiologie.

[Bearbeiten] Quellen

1. ↑ M. Chalfie, Y. Tu, G. Euskirchen, W.W. Ward, D.C. Prasher: Green fluorescent protein as a marker for gene expression. In: Science 5148/263/1994. S. 802-805. PMID 8303295 doi:10.1126/science.8303295
2. ↑ V.V. Verkusha, K.A. Lukyanov: The molecular properties and applications of Anthozoa fluorescent proteins and chromoproteins. In: Nature Biotechnology 3/22/2004. S. 289-296. PMID 14990950 doi:10.1038/nbt943
3. ↑ A. Terskikh et al.: "Fluorescent Timer": Protein That Changes Color With Time. In: Science 5496/290/2000. S. 1585-1588. PMID 11090358 doi:10.1126/science.290.5496.1585