Журнал Современные проблемы науки и образования 2070-7428 Общество с ограниченной ответственностью "Издательский Дом "Академия Естествознания" ART-7318 ВЛИЯНИЕ ОКРУЖЕНИЯ ХРОМОФОРА НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА GFP – ПОДОБНЫХ БЕЛКОВ Пахомов А.А. Pakhomov A.A. alpah@mail.ru Мартынов В.И. Martynov V.I. vimart@list.ru Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова Российской академии наук, Москва Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of Science, Moscow 01 05 2012 5 337 337 This is an open-access article distributed under the terms of the CC BY 4.0 license. https://science-education.ru/ru/article/view?id=7318

Флуоресцентные белки семейства GFP в последнее десятилетие стали одним из основных инструментов, используемых в клеточных технологиях и биотехнологии. В значительной степени популярность GFP-подобных белков обусловлена их необычным свойством – автокаталитически синтезировать хромофор из собственных аминокислот. Синтез хромофора происходит внутри белка, причем окружающие его аминокислотные остатки выполняют каталитическую функцию. Кроме того, они оказывают значительное влияние на спектральные свойства. В настоящем обзоре представлены данные об общей структуре флуоресцентных белков GFP-семейства и структурах, синтезирующихся в них хромофоров, детально проанализированы основные виды взаимодействий хромофора с его аминокислотным окружением (влияние на его конформационное состояние, ионизацию, стекинг взаимодействия и другие), а также влияние данных взаимодействий на спектральные свойства белка.

In the past decade fluorescent proteins of the GFP family has become one of the most useful tools in cellular technology and biotechnology. The popularity of GFP-like proteins is mainly determined by unusual property to autocatalytically synthesize the chromophore from their own amino acids. Chromophore synthesis occurs within the protein and the surrounding amino acid residues perform catalytic function. Moreover, they have a significant influence on protein spectral properties. This review presents the data on the overall structure of GFP-like proteins, chromophore structure. Mainly the review analyzes the main types of interactions of the chromophore with its amino acid environment (influence on conformational state, ionisation, stacking and others) as well as the impact of these interactions on the spectral properties of the protein.

 флуоресценция хромофор аминокислотное окружение спектральные свойства fluorescence chromophore amino acids environment spectral properties

1. Ando R., Mizuno H., Miyawaki A. Regulated fast nucleocytoplasmic shuttling observed by reversible protein highlighting // Science, 2004, Vol. 306, N. 5700, P. 1370-1373.

2. Bulina M. E., Chudakov D. M., Mudrik N. N., Lukyanov K. A. Interconversion of Anthozoa GFP-like fluorescent and non-fluorescent proteins by mutagenesis // BMC Biochem, 2002, Vol. 3, N. P. 7.

3. Chalfie M., Tu Y., Euskirchen G., Ward W. W., Prasher D. C. Green fluorescent protein as a marker for gene expression // Science, 1994, Vol. 263, N. 5148, P. 802-805.

4. Ganesan S., Ameer-Beg S. M., Ng T. T., Vojnovic B., Wouters F. S. A dark yellow fluorescent protein (YFP)-based Resonance Energy-Accepting Chromoprotein (REACh) for Forster resonance energy transfer with GFP. // Proc Natl Acad Sci U S A, 2006, Vol. 103, N. 11, P. 4089-4094.

5. Gurskaya N. G., Fradkov A. F., Terskikh A., Matz M. V., Labas Y. A., Martynov V. I., Yanushevich Y. G., Lukyanov K. A., Lukyanov S. A. GFP-like chromoproteins as a source of far-red fluorescent proteins // FEBS Lett, 2001, Vol. 507, N. 1, P. 16-20.

6. Heim R., Prasher D. C., Tsien R. Y. Wavelength mutations and posttranslational autoxidation of green fluorescent protein // Proc Natl Acad Sci U S A, 1994, Vol. 91, N. 26, P. 12501-12504.

7. Matz M. V., Fradkov A. F., Labas Y. A., Savitsky A. P., Zaraisky A. G., Markelov M. L., Lukyanov S. A. Fluorescent proteins from nonbioluminescent Anthozoa species // Nat Biotechnol, 1999, Vol. 17, N. 10, P. 969-973.

8. Miyawaki A. Fluorescent proteins in a new light // Nat Biotechnol, 2004, Vol. 22, N. 11, P. 1374-1376.

9. Pakhomov A. A., Martynov V. I. Probing the structural determinants of yellow fluorescence of a protein from Phialidium sp. // Biochem Biophys Res Co, 2011, V.407, No.1., P.230-235.

10. Prasher D. C., Eckenrode V. K., Ward W. W., Prendergast F. G., Cormier M. J. Primary structure of the Aequorea victoria green-fluorescent protein. // Gene, 1992, Vol. 111, N. 2, P. 229-233.

11. Prescott M., Ling M., Beddoe T., Oakley A. J., Dove S., Hoegh-Guldberg O., Devenish R. J., Rossjohn J. The 2.2 A crystal structure of a pocilloporin pigment reveals a nonplanar chromophore conformation // Structure, 2003, Vol. 11, N. 3, P. 275-284.

12. Quillin M. L., Anstrom D. M., Shu X., O'Leary S., Kallio K., Chudakov D. M., Remington S. J. Kindling fluorescent protein from Anemonia sulcata: dark-state structure at 1.38 A resolution // Biochemistry, 2005, Vol. 44, N. 15, P. 5774-5787.

13. Shimomura O., Johnson F. H., Saiga Y. Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea // J Cell Comp Physiol, 1962, Vol. 59, N. P. 223-239.

14. Shu X., Shaner N. C., Yarbrough C. A., Tsien R. Y., Remington S. J. Novel chromophores and buried charges control color in mFruits // Biochemistry, 2006, Vol. 45, N. 32, P. 9639-9647.

15. Tsien R. Y. The green fluorescent protein // Annu Rev Biochem, 1998, Vol. 67, N. P. 509-544.

16. Wachter R. M., Elsliger M. A., Kallio K., Hanson G. T., Remington S. J. Structural basis of spectral shifts in the yellow-emission variants of green fluorescent protein // Structure, 1998, Vol. 6, N. 10, P. 1267-1277.

17. Yang F., Moss L. G., Phillips G. N., Jr. The molecular structure of green fluorescent protein. // Nat Biotechnol, 1996, Vol. 14, N. 10, P. 1246-1251.