Orígenes estéricos y electrónicos de la fluorescencia en GFP y proteínas similares a GFP

Área de la Ciencia:

• La biofísica
• Química computacional
• Biología molecular

Sus antecedentes:

• Las proteínas fluorescentes son esenciales para las imágenes biológicas, pero su dinámica de estado excitado es computacionalmente desafiante.
• Comprender el comportamiento de las proteínas fotoactivas requiere una simulación detallada de procesos ultrarrápidos.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar las características estéricas y electrónicas que rigen el comportamiento de las proteínas fluorescentes utilizando simulaciones computacionales.
• Investigar los mecanismos de desactivación de la proteína fluorescente verde (GFP) y el Dronpa2.
• Identificar los factores para el diseño racional de nuevas proteínas fluorescentes.

Principales métodos:

• Simulado 0,5 nanosegundos de dinámica molecular desde el principio.
• Se utilizaron simulaciones de desove múltiple *ab initio* (AIMS) y de muestreo mejorado.
• Se analizaron las propiedades del estado fundamental y del estado excitado de los cromóforos GFP y Dronpa2.

Principales resultados:

• Factores estéricos y electrónicos identificados que influyen en el comportamiento de las proteínas fluorescentes.
• Se observaron distintas dinámicas de estado excitado: los cromóforos Dronpa2 acceden a estructuras retorcidas, mientras que los cromóforos GFP permanecen planos.
• Las costuras de intersección cónica que facilitan la conversión interna.
• Se capturaron perfiles de fluorescencia relativos y se atribuyó la menor intensidad de Dronpa2 a los cromóforos intermedios flexibles.
• Fluorescencia con desplazamiento al rojo previsto en Dronpa2 debido a los productos intermedios retorcidos.

Conclusiones:

• Las propiedades estéricas y electrónicas afectan significativamente la funcionalidad de la proteína fluorescente.
• Las diferencias en la dinámica del estado excitado explican los perfiles de fluorescencia observados entre GFP y Dronpa2.
• Las firmas espectroscópicas previstas ofrecen validación experimental y guían el desarrollo de nuevas proteínas fluorescentes.