Nền tảng cấu trúc trong khả năng bật tắt ánh sáng của protein huỳnh quang

Các nhà khoa học trường đại học Oregon đã xác định được đặc điểm phân tử làm cho protein huỳnh quang xanh lục có khả năng phát sáng và bằng cách thêm vào một đơn nguyên tử oxy một cách khéo léo, họ có thể giữ cho ánh sáng đó ở trạng thái tắt trong 65 tiếng đồng hồ. Ông S. James Remington, giáo sư vật lý và thành viên của Viện Sinh Học Phân Tử của Trường Đại Học Oregon cho biết, phát hiện này có thể ứng dụng cho đa số các protein huỳnh quang có khả năng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nền tảng cấu trúc trong khả năng bật tắt ánh sáng của protein huỳnh quang Nền tảng cấu trúc trong khả năng bật tắt ánh sángcủa protein huỳnh quangCác nhà khoa học trường đại học Oregon đã xácđịnh được đặc điểm phân tử làm cho proteinhuỳnh quang xanh lục có khả năng phát sáng vàbằng cách thêm vào một đơn nguyên tử oxy mộtcách khéo léo, họ có thể giữ cho ánh sáng đó ởtrạng thái tắt trong 65 tiếng đồng hồ.Ông S. James Remington, giáo sư vật lý và thànhviên của Viện Sinh Học Phân Tử của Trường ĐạiHọc Oregon cho biết, phát hiện này có thể ứng dụngcho đa số các protein huỳnh quang có khả năng bậttắt ánh sáng (photoswitchable)“Mô hình mới này đưa ra những dự đoán cụ thể vàcó thể cải thiện chất lượng của protein thành một dấuhiệu bật tắt ánh sáng,” ông Remington nói. “Nó chochúng ta một bức tranh đầu tiên về cách mà nhữngphân tử có thể được bật tắt như thế nào. Điều nàycho phép chúng ta tạo ra biến thể mới nhằm làm chonhững protein này trở nên hữu ích hơn.”Trải qua hơn một thập kỷ, protein huỳnh quang –protein mà lần đầu tiên được tách ra trong con sứa vàtừ đó được phát hiện với nhiều màu sắc từ các sinhvật tảo sống trên đá ngầm hình thành từ san hô – đãcách mạng hóa ngành sinh học phân tử, cho phép cácnhà khoa học sử dụng chúng làm dấu hiệu nhận biếtcác biểu hiện gen, định vị phân tử và quan sát sự hoạtđộng trong tế bào. Khám phá gần đây về những protein huỳnh quang có khả năng bật tắt ánh sáng – công việc có thể được thực hiện bằng kỹ thuật laser – đã có sự phát triển đáng kể trong việc nghiên cứu tế bào.Mô hình sự sắp giống cộtcấu trúc bật và tắt của một “Protein huỳnh quang cóprotein huỳnh quang có khả năng bật tắt ánhkhả năng bật tắt ánh sáng. sáng có các ứng dụng(Ảnh: S. James cực kỳ tốt cho các proteinRemington) thụ Ông động,”Remington nói. “Bạn có thể nhận biết tất cả phân tửnếu sử dụng kỹ thuật laser dưới kính hiển vi, bạn chỉcó thể kích hoạt được một nhóm nhỏ của chúng màthôi. Điều đó cho phép bạn theo dõi các chuyển độngcủa các tập hợp con của phân tử. Chúng tôi mongmuốn hiểu được quá trình này để có thể thườngxuyên bật tắt chúng hoặc thay đổi khoảng thời giangiữa hai trạng thái bật và tắt.Tuy nhiên, ông cho biết: Cơ chế của sự bật tắt ánhsáng vẫn còn chưa được nhận ra, và trong nhiềutrường hợp, protein chuyển sang trạng thái cố địnhcủa chúng một cách ngẫu nhiên và tự động.Bằng cách vận dụng sự kết hợp giữa kỹ thuật đột biếngen và quá trình tiến hóa có định hướng (directedevolution), thực tập sinh tiến sĩ trường đại họcOregon, ông J. Nathan Henderson, đã xác địnhđược cấu trúc tinh thể có độ phân giải cao của cảhai trạng thái bật và tắt của một protein huỳnhquang được tách ra từ hải quỳ.Trong trạng thái ổn định hoặc phát huỳnh quang củaphân tử, hai chuỗi bên của nguyên tử sắp giống cộttheo kiểu đồng diện, trên một mặt phẳng và thứ tựnhau. Khi được tác động bằng ánh sáng laser sángchói, các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng, proteinnhanh chóng tối đi khi các vòng quay khoảng 180 độvà đảo hướng khoảng 45 độ, và tiến đến đứng yêntheo sự sắp giống cột không đồng diện và không ổnđịnh. Hai cấu trúc này cho các nhà khoa học một cơhội để quan sát những thay đổi trong sự tương tácgiữa các nhóm lân cận nhau.Ông Remington cho biết: Ở trạng thái tối, phân tửhấp thu ánh sáng cực tím và không phát ra ánh sáng.Tuy nhiên, khi nhóm mang màu (một nhóm cácnguyên tử và electron hình thành nên một bộ phậncủa phân tử) hấp thu ánh sáng cực tím thì nó sẽ thỉnhthoảng ion hóa và trở nên tích điện âm. Điều này làmcho các vòng đảo hướng ngược trở lại ở dạng huỳnhquang.Ông cho biết thêm: Kiểm soát được sự phát ra ánhsáng sẽ cho phép thực hiện các nghiên cứu chính xáchơn trong tế bào.Trước đó, ông Nathan Henderson nghiên cứu các cấutrúc, ông chú ý thấy rằng, ở trạng thái tối, có một sựtương tác không thuận lợi, nơi mà các nguyên tửcarbon và oxy nằm gần kề nhau. “Ông Nathan quansát và tự hỏi rằng điều gì sẽ xảy ra nếu nguyên tử oxyđược thêm vào ở một nơi chính xác.” Bằng cách dựatrên cấu trúc này, ông Henderson đã tạo sự đột biếnđơn lẻ có khả năng kéo dài thời gian bật từ 5 phút chođến 65 tiếng đồng hồ.Cuối cùng, ông kết luận: Khả năng có thể kiểm soáttrạng thái bật tắt, bên cạnh việc hỗ trợ các nghiên cứucực nhỏ và việc nhận biết phân tử, còn có thể đem lạinhững cải tiến trong lĩnh v ...