از اوایل دهه 1960/ 1340 که پروتئین فلورسانت سبز (GFP) از عروس دریایی گرفته شد، از این پروتئین به عنوان یک ابزار زیست‌شناختی در ردیابی سایر پروتئین‌های سلولی استفاده شده است؛ به این صورت که ژن این پروتئین را به ژن پروتئین مورد نظر متصل می‌کنند و آن را وارد سلول می‌کنند. بنابراین سلول هر دو پروتئین را تولید می‌کند. پژوهشگران می‌توانستند به این طریق، پروتئین موردنظر را با دنبال کردن تابش سبزرنگ پروتئین فلورسانت سبز رهگیری می‌کنند.
اما تا این زمان عملکرد طبیعی این پروتئین به‌شکل یک معما باقی مانده بود، مثل خود عروس دریایی! این پروتئین در گونه‌های بسیاری از گیاهان و جانوران، از جمله انواعی از مرجان‌ها و ماهی‌ها دیده شده است.
اما حالا بر اساس آن‌چه کنستانتین لوکیانوف و همکارانش در موسسه شیمی بیوارگانیک شمیاکین و اوف‌چینیکف، واقع در شهر مسکو، روسیه، به طور تصادفی کشف کرده‌اند، پروتئین فلورسانت سبز می‌تواند به مولکول‌هایی که تمایل به گرفتن الکترون دارند، الکترون بدهد. این فرایند از نور انرژی می‌گیرد. اهداکنندگان الکترون، در بسیاری از فرایندهای سلولی نقش کلیدی دارند. برای مثال ممکن است که پروتئین سبز برای ادراک نور در برخی از موجودات استفاده شود.
رنگ قرمز
گروه لوکیانف به دنبال استعداد دیگری در پروتئین فلورسانت سبز بود که آن هم بسیار کم شناخته شده است. تابش این پروتئین با قرار گرفتن در شرایط کمبود اکسیژن، از سبز به قرمز تبدیل می‌شود. زمانی که این گروه در پی یافتن تاثیر سلول‌های خارجی بر این فرایند بود، لوکیانف گروه کنترلی را برای پژوهشش در نظر گرفت که در معرض اکسیژن قرار داشت.
پژوهشگران انتظار داشتند که در گروه کنترل هیچ تغییری دیده نشود. اما لوکیانف متوجه شد که وقتی نور در حضور مولکولهای گیرنده الکترون، مانند بنزوکینون یا پتاسیم فریسایناد، به مجموعه تابیده می‌شد، تابش این پروتئین به رنگ قرمز تغییر می‌کند. این دقیقا همان پاسخی است که پروتئین سبز در شرایط کمبود اکسیژن نیز ارایه می‌دهد. بنابراین گروه چنین فرض کردند که وقتی پروتئین سبز در معرض نور قرار بگیرد، الکترون‌های برانگیخته از روی آن به مولکولهای نزدیک و پذیرنده الکترون می‌جهند. این فرایند باعث تغییر در ساختار عامل رنگی پروتئین فلورسانت سبز می‌شود که مسئول تعیین رنگ آن را برعهده دارد و در نهایت، رنگ آن را تغییر می‌دهد.
پژوهشگران سپس شرایط حضور مولکولهای زیستی مربوط را مانند پروتئین سیتوکروم‌سی و نیکوتینامید آدنین دی‌نوکلئوتید، بررسی کردند. هر دوی این مولکول‌ها به سلول کمک می‌کنند تا از قندها انرژی بگیرند. به علاوه، این دو مولکول زیستی توانایی گرفتن الکترون نیز دارند. اما در این بررسی نیز پروتئین‌های سبز در معرض نور، قرمز رنگ شدند. به نظر می‌رسید که این پروتئین به این مولکول‌ها هم الکترون می‌دهد.
لوکیانف می‌گوید:» کاملا دور از انتظار بود که پروتئین سبز بتواند وارد تعامل با مولکولهای خارجی شود و به آن‌ها الکترون بدهد.» دلیل این تعجب این است که عامل رنگی پروتئین سبز درون یک صدف پروتئینی قفل شده است.
سپس گروه به سراغ طیف وسیع‌تری از منابع پروتئین سبز رفت. این منابع گوناگون شامل انواع مختلفی از ستاره‌های دریایی و پلانکتون‌ها می‌شد که همگی در معرض بنزوکینون یا پتاسیم فریسایناد قرمز رنگ می‌شدند، غیر از نسخه‌های تغییرپذیری از GFP که رنگ تابشی آبی یا سبز-آبی دارند.
پژوهشگران ژن GFP را به سلول‌های پستانداران، که در محیط آزمایشگاهی کشت داده شده بودند، وارد کردند و نتیجه این آزمایش نیز قرمزرنگ شدن بود. به گفته لوکینف، با توجه به این داده‌ها، دانشمندان می‌توانند از پروتئین سبز در تشخیص کاهش و اکسایش درون سلولی استفاده کند.
وی می‌افزاید: «ما پدیده قرمزرنگ شدن را در تمامی انواع پروتئین‌های سبزی که از جانوران مختلف گرفته بودیم، به دست آوردیم. می‌توان چنین نتیجه‌گیری کرد که این فرایند که از نور انرژی می‌گیرد، از سال‌ها پیش اتفاق می‌افتاده است. این فرایند بسیار مشابه فتوسنتز است.»
پرونده هنوز باز است
این گروه هنوز هم به طور دقیق نمی‌داند که طی فرایند قرمز شدن، چه اتفاقی می‌افتد. آن‌ها با استفاده از سیتوکروم‌سی، این فرایند را با جزییات بیشتر بررسی کردند و نتایج، بیانگر جابه‌جایی دو الکترون بود. به ازای هر مولکول از پروتئین سبز که در برابر نور برانگیخته شود، دو مولکول سیتروکروم‌سی کاهیده می‌شوند و الکترون می‌گیرند.
مارک زیمر، از شیمی‌دان‌های کالج کانکتیکات در نیو‌لندن که با GFP کار می‌کند، در مورد تحقیقات لوکیانف معتقد است که نتایجی که او به دست آورده، بهترین شاهدی است که تاکنون از نقش پروتئین فلورسانت سبز در طبیعت ارائه شده است. تاثیر بسیار فراگیر این نتایج وی را متاثر کرده است. او می‌گوید: «آن‌ها پاسخ معمایی را پیدا کرده‌اند که ما مدت‌هاست با آن درگیریم».
با این حال هنوز پرونده مختومه نیست. زیمر می‌پرسد: «اما بقیه پروتئین‌های فلورسانت رنگی چی؟»
به گفته لوکیانف، درست است که نتایج پژوهش‌های اخیر هنوز در حد یک فرضیه است، اما محققینی که با GFP کار می‌کنند و از آن به عنوان نشانگر در آزمایش‌هایشان استفاده می‌کنند، باید این مطالعات را در ذهن داشته باشند؛ چرا که ممکن است خواص پروتئین سبز روی نتایج آزمایش‌های آن‌ها تاثیر بگذارد. وی می‌افزاید: «به خصوص وقتی‌که با مولکول‌هایی مثل سیتوکروم‌ها یا فلاووپروتئین‌ها که با آن‌ها در فعالیت‌های اکسایش‌کاهش شریک می‌شود، جفت شود؛ بسیار مهم است.»
نیچر، 25 آوریل- ترجمه: بهنوش خرم‌روز
نظر شما