Molecola del Mese di David S. Goodsell Trad. di Mauro Tonellato

Proteina Fluorescente Verde (GFP)

Indice 2003

Proteina Fluorescente Verde
La proteina fluorescente verde, illustrata nella figura qui a lato ottenuta dall'archivio PDB 1gfl, si trova in una medusa che vive nelle acque fredde del nord Pacifico. La medusa contiene una proteina bioluminescente, aequorina, che emette luce blu. La proteina fluorescente verde converte questa luce in luce verde che è quella che davvero vediamo quando la medusa si illumina. Una soluzione di proteina GFP purificata appare gialla alla normale luce da interni ad incandescenza, ma quando viene osservata in esterni alla luce del sole, questa soluzione emette un brillante colore verde. La proteina assorbe la luce ultravioletta dalla luce del sole, e poi la emette come luce verde di minore energia.

E allora?
Forse state dicendo: a chi interessa questa oscura piccola proteina verde di medusa? Risulta che la proteina GFP è straordinariamente utile alla ricerca scientifica, perché ci permette di osservare direttamente il funzionamento interno delle cellule. È facile scoprire dove si trova in ogni momento la proteina GFP: basta illuminare con luce ultravioletta, ed ogni proteina GFP emetterà luce verde brillante. Quindi ecco il trucco: basta legare la proteina GFP ad ogni oggetto che vogliamo osservare. Per esempio, possiamo legarla ad un virus. Poi, quando il virus si diffonde nell'ospite, possiamo seguire questa diffusione seguendo il bagliore verde. Oppure, possiamo legarla ad un'altra proteina, e guardare con un microscopio come si muove all'interno della cellula.

Costruita già pronta
La proteina GFP è una proteina fluorescente costruita già pronta per funzionare, quindi è particolarmente facile da utilizzare. La maggior parte delle proteine che interagiscono con la luce utilizzano molecole esotiche per catturare e rilasciare fotoni. Per esempio, le opsine nei nostri occhi usano il retinolo per sentire la luce (si veda la Molecola del Mese del marzo 2002 bacteriorhodopsin). Questi "cromofori" devono essere costruiti appositamente per svolgere questo compito e poi incorporati con cura nelle proteine. La proteina GFP, invece, ha dentro di sè tutto l'apparato per manipolare la luce, costituito utilizzando solo amminoacidi. Ha una sequenza speciale di tre amminoacidi: serina-tirosina-glicina (qualche volta, la serina è sostituita da treonina, un amminoacido simile). Quando la catena proteica si avvolge, questo piccolo segmento si trova sepolto in profondità all'interno della proteina. A questo punto avvengono alcune trasformazioni chimiche: la glicina forma un legame chimico con la serina, formando un nuovo anello chiuso che poi spontaneamente si disidrata. Infine, nel corso di circa un'ora, l'ossigeno dall'ambiente circostante attacca un legame nella tirosina, formando un nuovo doppio legame e creando il cromoforo fluorescente. Dato che la proteina GFP costruisce al suo interno il proprio cromoforo, è perfetta per l'ingegneria genetica. Non bisogna preoccuparsi di manipolare strani cromofori. Basta semplicemente modificare la cellula introducendo le istruzioni genetiche per costruire la proteina GFP, e la GFP si avvolgerà da sola e comincerà a brillare.

Ingegnerizzare la proteina GFP
Gli usi della proteina GFP si stanno moltiplicando anche nel mondo dell'arte e del commercio. L'artista Eduardo Kac ha creato un coniglio verde fluorescente ingegnerizzando la proteina GFP nelle sue cellule. Alcuni ricercatori stanno esplorando la proteina GFP per creare piante e pesci fluorescenti. La proteina GFP è stata aggiunta a ratti, topi, rane, mosche, vermi, e ad altre innumerevoli forme viventi . Naturalmente queste piante e animali ingegnerizzati sono ancora oggetto di controversie, e stanno stimolando un importante dialogo sulla sicurezza e la moralità dell'ingegneria genetica.