Белок, известный химикам своей ярко-синей флуоресценцией, может, в конце концов, не быть флуоресцентным. Вместо этого он испускает свет по механизму, аналогичному механизму светоизлучающих диодов (LED), сообщают химики. Открытие предполагает, что некоторые из многих биолюминесцентных животных океанов, возможно, использовали принцип, лежащий в основе светодиодов, в течение миллионов лет.
Белок, антитело EP2-19G2, работает совместно с искусственной органической молекулой, называемой стильбеном, и часто используется для маркировки молекул ДНК и обнаружения загрязнения ртутью. Стилбене нравится располагаться в уютной нише в структуре антитела. Когда падают ультрафиолетовые лучи, они возбуждают один из электронов стильбена. В свободной форме стильбен высвобождает дополнительную энергию, позволяя кольцеобразному плечу вращаться. Но если стильбен заперт внутри антитела, вместо этого он будет высвобождать энергию, испуская синий фотон.
Ученые предположили, что это банальная флуоресценция - возбужденный электрон испускает фотон, возвращаясь в нормальное состояние, - говорит Ричард Лернер из Научно-исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния.
Однако Лернер и его сотрудники заметили, что антитела ведут себя иначе, чем обычные флуоресцентные красители, используемые в биологических и химических лабораториях. Например, при более низких температурах он дает меньше света, а флуоресцентные красители - больше. Возможно, думали исследователи, люминесценция может быть результатом не возврата электрона в состояние с более низкой энергией, а прыжка электрона между молекулами.
Когда электрон в стильбене переходит в возбужденное состояние, низкоэнергетическое состояние остается с пустотой, объясняет Лернер. Чтобы заполнить пустоту, электрон может перепрыгнуть с белка, а именно с аминокислоты триптофана внутри него, на стильбен, оставив после себя положительный заряд. Затем электрон перепрыгнет со стильбена на триптофан, чтобы заполнить эту пустоту. Этот электрон перепрыгнет в состояние с более низкой энергией (в другой молекуле) и, таким образом, испустит синий фотон. Это сделало бы комплекс аналогом светодиодов-полупроводников, которые светятся, когда напряжение помогает некоторым их электронам попасть в положительно заряженные пятна.
Чтобы проверить это предположение, исследователи попробовали мутантную версию антитела, в которой другая аминокислота заменила триптофан. «Если убрать триптофан, весь феномен исчезнет», - говорит Лернер, указывая на роль аминокислоты в люминесценции. Химическая реактивность светоизлучающей смеси также указывает на то, что электроны прыгают между двумя молекулами, сообщают исследователи в журнале Science от 29 февраля.
Николас Турро из Колумбийского университета говорит, что небелковые органические молекулы, как известно, излучают свет, перенося заряды. Этот случай беспрецедентен, потому что это белок, и он на несколько порядков ярче.
Если белки могут светиться как светодиоды, говорит Лернер, возможно, природа уже открыла этот трюк и использовала его все это время. «В биологии все, что может случиться, произойдет».
Поиск натуральных светодиодов может быть долгим делом, говорит Михаил Мац из Техасского университета в Остине. Но «мы будем начеку».