技术里程碑：光控开关荧光蛋白（图）

　　

生物通报道：最近，俄勒冈州立大学（UO）研究人员发现了绿色荧光蛋白发光的分子机制，通过添加一个氧原子使发光时间延长到65小时。详细内容刊登于《PANS》在线版。UO 物理学教授和分子生物学研究人员S. James Remington说这种机制可能在其它光控开关（photoswitchable）荧光蛋白中也存在，了解这种开关机制有助于设计新的有利突变。

自从第一个荧光蛋白在1992年被从发光水母体内分离出后，人类又在五彩斑斓的珊瑚中发现许多荧光蛋白。革命性的分子生物学使这些蛋白成为遗传表达标记，用于定位分子和观察细胞内生命活动。最近出现的光控开关荧光蛋白，可由激光控制，是细胞学研究的又一个里程碑。Remington说光控开关荧光蛋白的优势在于：可以对所有的分子进行标记，在显微镜下用一种激光对一种分子进行单独操作，随意控制该分子的发光状态和发光时间。Remington承认光控开关的分子机制还不知道，而且很多时候蛋白会自发地回到稳定状态。

                  

        立体图显示的是一种光控开关荧光蛋白的开启和关闭结构

UO博士J. Nathan Henderson将定向突变和定向进化相结合，获得了一种从海葵中分离出的荧光蛋白的开启、关闭两种状态的高清晰的结构。在稳定状态（发光状态）下，分子中两条原子侧链共面排列，平坦而有秩序。在激光照射的照射下蛋白快速变暗，环旋转了180度，折叠了45度角，形成非共面、不稳定形式。研究人员通过这两种结构观察邻近基团之间的相互作用的变化。Remington说黑暗状态时，分子吸收紫外光但不发射任何光，当发色团（形成分子某部分的一组原子和离子）吸收紫外光后发生电离而带有负电，使环折回到荧光状态。

Henderson研究结构时发现暗状态下相邻碳原子和氧原子间有不利的相互作用。Remington说：“Nathan看到这些后想知道在合适的位点添加一个氧原子会有什么后果。”这将为稳定黑暗状态提供一个有利的相互作用。Henderson根据结构设计出一个单突变，能够将开关开启的时间从5分钟延长到65小时。控制“开－关”的能力会引发一场光存储器革命，如在提高分子标记能力外的单分子信息存储。（生物通记者 小粥）