Dat groen fluorescerend eiwit groen fluoresceert, ligt echt aan de chromofoor die er in zit. De rest van het eiwit voorkomt alleen maar dat de energie er op een andere manier uitlekt, schrijven Russische en Deense onderzoekers in JACS.

Ze bewezen het door die chromofoor zelfstandig te laten fluoresceren. Dat was nog nooit gelukt. Vandaar dat het belang van de eiwitstructuur, die er als een tonnetje omheen zit, tot nu toe stelselmatig lijkt te zijn overschat.

Die chromofoor ontstaat uit drie van de 238 aminozuren uit de eiwitketen: een serine, een tyrosine en een glycine op de plaatsen 65 t/m 67. Nadat het eiwit zich heeft gevouwen worden ze, onder invloed van de omringende structuur, chemisch gemodificeerd tot 4-(p-hydroxybenzylideen)imidazolidin-5-on, afgekort HBI. En naar nu blijkt, is dat een molecuul dat in principe zelfstandig een deel van het zonnespectrum kan absorberen en die lichtenergie ook weer kan kwijtraken door licht met een langere golflengte (in dit geval dus groen) uit te zenden.

Dat het dat normaal gesproken niet doet wanneer er geen eiwit omheen zit, blijkt te liggen aan twee concurrerende vormen van ‘nonradiatieve relaxatie’ waarbij het energie-overschot op een andere manier wordt geloosd: cis/trans-isomerisatie en ionisatie, waarbij de chromofoor een elektron verliest. En die mechanismes werken in de praktijk gewoon sneller: de chromofoor heeft even tijd nodig om zich op fluorescentie in te stellen, en tegen die tijd is de energie alweer weg.

De functie van de rest van het eiwit blijkt te zijn dat het energiebarrières opwerpt, waardoor de fluorescentie alsnog een kans krijgt.

Met kwantumchemische berekeningen hebben onderzoekers van Lomonosov Moscow State University aangetoond dat het in theorie zo werkt. Vervolgens hebben collega’s van de universiteit van Aarhus, in Denemarken, het in de praktijk geïmiteerd door de losse chromofoor met behulp van femtosecondelasers te ‘vangen’ in de geëxciteerde staat. Bij temperaturen van minder dan 100 K wisten ze dit gedurende 1,2 nanoseconde vol te houden, genoeg om fluorescentie op te bouwen.

Het betekent vooral dat je de ontwikkeling van verbeterde fluorescerende eiwitten anders moet aanpakken dan tot nu toe gebruikelijk was.

bron: Lomonosov Moscow State University