¿Cómo se convierte una proteína en una lámpara china?

Es la proteína más famosa del momento, hace que los ratones sean fluorescentes si la expresan. Los iluminas con luz azul y dan luz verde. ¿para que sirve? como diría Rambo, da luz verde. Para eso la creo la química madre naturaleza y además lo hizo de una manera espectacular y elegante.

La proteína verde fluorescente (GFP) emite luz fluorescente de color verde cuando le llega una luz azul, es como nuestros dientes en la discoteca cuando ponen la luz ‘negra’. Lo sorprendente, es que antes de poder hacer esto se tiene que hacer a sí misma. Lleva una secuencia especial de fábrica que autoensambla su propia antena bombilla, el cromóforo. Hay otras proteínas capaces de captar luz pero tienen que ‘adquirir’ el receptor, esta lo crea de sus constituyentes y unas clases de química. Veamos como lo hace. Pasen y vean, esto es química.

GFP

Estructura de la proteína verde fluorescente, se asemeja a un farol o barril que contiene el receptor-emisor de luz en su interior bien protegido.

La proteína verde fluorescente GFP está compuesta de 238 aminoácidos, que forman una singular geometría en forma de barril o de farol compuesto de 11 hojas beta. El cilindro que forma da acogida a cromóforo, la molécula que le permite ‘recoger’ luz de una determinada longitud de onda, en este caso azul.

Y lo que es más alucinante, está antena molecular se forma a partir de la reacción de tres residuos aminoácidos pertenecientes a la propia secuencia proteica, concretamente del 65 al 67, una serina, una tirosina y una glicocola (Ser-Tyr-Gly). No se trata pues de una molécula sintetizada aparte y unida posteriormente al plegamiento. Además, muchas proteínas constan de esta secuencia y no forman cromoforo. Es el plegamiento en sí, el que predispone la reacción de los residuos para formar el cromóforo.

La secuencias de figuras muestran el mecanismo más ampliamente aceptado para la formación del cromóforo. La GFP se pliega en una forma parecida a la final, entonces se forma un anillo inmidazolinona por proximidad de la amida (NH) del la Gly67 al carbono del carbonilo de la Ser65, se produce una ciclación por ataque nucleofílico y después se produce una deshidratación. Por último, en presencia de aire, el oxígeno molecular deshidrogena el enlace a – ß de la Tyr66, muy estable por alternancia de dobles enlaces. Se conjuga así el anillo aromático de la tirosina con el del inmidazolinona. Es en este estado en el que adquiere capacidad de absorber luz y emitir fluorescencia. Se hizo la luz.

 green fluoresecent protein chromofore formation

GFP proteína verde fluorescente formación del cromoforo. Plegamiento original de la proteína.

Proteína verde fluorescente

Ataque nlueofílico por proximidad del carbono carbonílico del residuo de Serina de la posición 65 al nitrógeno del grupo amino de la glicocola (glicina) 67.

Imidazoline-5-one Ring formation

Ciclación formación del anillo de imidazolin-5-ona con dobles enlaces conjugados.

Dehidration

Deshidratación perdida de una molécula de agua de anillo de imidazolinona.

GFP green fluorescent protein

La fluorescencia aparece cuando una molécula de oxigeno oxida el enlace entre el carbono alfa y beta del residuo de tirosina, se forma peroxido de hidrógeno (H2O2). Entre estos átomos se forma un doble enlace que extiende el sistema conjugado del anillo imidazolinónico al anillo fenólico de la tirosina y a su oxigeno en posición para.

La fluorescencia aparece cuando una molécula de oxigeno oxida el enlace entre el carbono alfa y beta del residuo de tirosina, se forma peroxido de hidrógeno (H2O2). Entre estos átomos se forma un doble enlace que extiende el sistema conjugado del anillo imidazolinónico al anillo fenólico de la tirosina y a su oxigeno en posición para.

Cromoforo del la proteína GFP absorbe en el azul y emite en el verde.

El resultado final es un sistema resonante con electrones pi deslocalizados que es capaz de captar fotones de determinadas longitudes de onda y emitir fluorescencia. La glicocola es fundamental para la formación del cromóforo, si se cambia este residuo por otro en estudios de mutagenesis dirigida se elimina la fluorescencia, el cromofo no se forma.

La naturaleza es una química excepcional y utiliza caminos realmente sorprendentes, es más, tiende a la elegancia, si la física y la evolución se lo permiten.
Maravillas de la química natural.

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