โครโมโปรตีนคือโปรตีนคอนจูเกตที่มีกลุ่มโปรสเตติกที่มีเม็ดสี (หรือโคแฟคเตอร์) ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปคือฮีโมโกลบินซึ่งมี โคแฟคเตอร์ ฮีมซึ่งเป็น โมเลกุลที่มีธาตุ เหล็กที่ทำให้ เลือด ที่มีออกซิเจน ปรากฏเป็นสีแดง ตัวอย่างอื่นๆ ของโครโมโปรตีน ได้แก่ ฮีโมโครมอื่นๆไซโตโครมไฟโตโครมและฟลาโวโปรตีน^{[ 1 ]}

ในฮีโมโกลบินมีโครโมโปรตีน ( เทตราเมอร์ น้ำหนักโมเลกุล: 4 x 16.125 = 64.500) ซึ่งก็คือฮีม ประกอบด้วย Fe++ และวงแหวน ไพร์โรล สี่วง

โครโมโปรตีนตัวเดียวสามารถทำหน้าที่ได้ทั้งไฟโตโครมและโฟโตโทรปินเนื่องจากการมีอยู่และการประมวลผลของโครโมฟอร์หลายตัว ไฟโตโครมในเฟิร์นประกอบด้วยPHY3ซึ่งมีโฟโตรีเซปเตอร์ที่ผิดปกติที่มีช่องสัญญาณคู่ซึ่งมีทั้งไฟโตโครม (รับรู้แสงสีแดง) และโฟโตโทรปิน (รับรู้แสงสีน้ำเงิน) และสิ่งนี้ช่วยให้พืชเฟิร์นเจริญเติบโตได้ในแสงแดดน้อย^{[ 2 ]}

โปรตีน ตระกูล GFPประกอบด้วยทั้งโปรตีนเรืองแสงและโครโมโปรตีนที่ไม่เรืองแสง โครโมโปรตีนที่ไม่เรืองแสงสามารถเปลี่ยนเป็นโครโมโปรตีนเรืองแสงได้โดยการกลายพันธุ์หรือการฉายรังสี^{[ 3 ]} ตัวอย่างของโครโมโปรตีนที่เปลี่ยนรูปดังกล่าวคือ "โปรตีนเรืองแสงแบบจุดประกาย" หรือ KFP1 ซึ่งเปลี่ยนจากโครโมโปรตีน Anemonia sulcataที่ไม่เรืองแสงซึ่งกลายพันธุ์เป็นโครโมโปรตีนเรืองแสง^{[ 4 ]}

ดอกไม้ทะเลมีโครโมโปรตีนสีม่วง shCP ที่มีโครโมฟอร์คล้าย GFP ในรูปแบบทรานส์โครโมฟอร์นี้ได้มาจาก Glu-63, Tyr-64 และ Gly-65 และกลุ่มฟีนอลของ Tyr-64 มีบทบาทสำคัญในการสร้างระบบคอนจูเกตกับ หมู่ไอ มีดาโซลิโดนส่งผลให้มีการดูดกลืนแสงสูงในสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของโครโมโปรตีนในสถานะกระตุ้น การแทนที่ไทโรซีนด้วยกรดอะมิโนอื่นๆ นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงและไม่เป็นระนาบของโครโมโปรตีน โปรตีนเรืองแสง เช่น โครโมโปรตีนของแอนโทรซัว ปล่อยคลื่นความยาวคลื่นยาว^{[ 4 ]}

โครโมโปรตีน 14 ชนิดได้รับการออกแบบให้แสดงออกในE. coliสำหรับชีววิทยาเชิงสังเคราะห์ [ ^{5 ] อย่างไรก็ตาม}โครโมโปรตีนก่อให้เกิดความเป็นพิษสูงต่อ โฮสต์ E. coliส่งผลให้สูญเสียสี mRFP1 ซึ่งเป็นโปรตีนเรืองแสงสีแดง แบบโมโนเมอ ร์^{[ 6 ]}ซึ่งแสดงสีที่แตกต่างกันภายใต้แสงโดยรอบ พบว่ามีความเป็นพิษน้อยกว่า^{[ 7 ]}การกลายพันธุ์ที่เปลี่ยนสีบนกรดอะมิโน 64–65 ของฟลูออโรฟอร์ mRFP1 ได้ทำเพื่อให้ได้สีที่แตกต่างกัน

โครโมโปรตีนมีคุณค่าในชีววิทยาเชิงสังเคราะห์ วิศวกรรมพันธุกรรม และเทคโนโลยีชีวภาพในฐานะเครื่องหมายที่มองเห็นได้สำหรับการติดตามการแสดงออกของยีน การทดสอบการทำงานของเซลล์ และการสร้างไบโอเซนเซอร์ที่มีสีสัน^{[ 8 ] [ 9 ]}

โครโมโปรตีนแสดงแถบการดูดกลืนอิเล็กตรอนอย่างสม่ำเสมอในช่วงสเปกตรัมใกล้รังสีอินฟราเรด ใกล้รังสีอัลตราไวโอเลต หรือช่วงที่มองเห็นได้^{[ 10 ]}แถบเหล่านี้เกิดจากการถ่ายโอนประจุของไอออนโลหะหรือ การเปลี่ยนกลุ่มโปรสเตติกπ → π * ^{[ 10 ]}นี่คือเหตุผลที่พวกมันทำหน้าที่เป็นตัวรับแสงในพืช เอนไซม์ หรือโปรตีนถ่ายโอนอิเล็กตรอน^{[ 10 ]}รงควัตถุสังเคราะห์แสงและตัวรับแสงประกอบด้วยโครโมฟอร์ที่ยึดติดกับเตตระไพร์โรลเชิงเส้นหรือแบบวงจรด้วยพันธะโควาเลนต์ และโรดอปซินประกอบด้วยโครโมฟอร์ที่ยึดติดกับอะโปโปรตีนด้วยพันธะโควาเลนต์^{[ 10 ]}โครโมฟอร์ยึดติดเนื่องจากทำหน้าที่เป็นเบสชิฟฟ์^{[ 10 ]}โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยโครงสร้างเบต้าบาร์เรล 11 แผ่นและโครโมฟอร์ในอัลฟาเฮลิกซ์ ซึ่งโดยทั่วไปเกิดจากการโต้ตอบของกรดอะมิโน 3 ตัวที่นำไปสู่ส่วนประกอบอิมิดาโซลิดีน^{[ 11 ]}โครโมโปรตีนหลายชนิดมีอายุยืนยาวภายในเซลล์และมีความเสถียรต่อความร้อนอันเป็นผลมาจากโครงสร้างเตตระเมอร์^{[ 11 ]}

โรดอปซินเป็นโครโมโปรตีนที่พบในแบคทีเรียและสัตว์มีกระดูกสันหลัง ประกอบด้วยออปซินและ 11- ซิส -เรตินัล^{[ 12 ]}สำหรับหลายสปีชีส์รวมถึงมนุษย์ โรดอปซินมีความสำคัญต่อการมองเห็นที่เพียงพอ เนื่องจากช่วยให้มองเห็นได้ในสภาพแสงน้อย^{[ 12 ]}เมื่อสัมผัสกับแสง 11- ซิส-เรตินัลจะถูกเปลี่ยนเป็นออล-ท รานส์- เรตินัล ซึ่งจะเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลและเริ่มต้นกระบวนการเปลี่ยนแสงเป็นข้อมูลที่ส่งผ่านเส้นประสาทตา และออล-ท รานส์- เรตินัลจะถูกเปลี่ยนกลับเป็น 11- ซิส -เรตินัลหรือเก็บไว้เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่^{[ 12 ]}

ฮีโมโครมเป็นกลุ่มฮีมของฮีโมโกลบินและเป็นสาเหตุที่ทำให้เลือดที่มีออกซิเจนเป็นสีแดง^{[ 13 ]}

ไซโตโครมมีหน้าที่ในการขนส่งอิเล็กตรอนในสัตว์ พืช และจุลินทรีย์แบบใช้ออกซิเจน รวมถึงปฏิกิริยารีดอกซ์^{[ 14 ]}พบได้เป็นหลักในไมโทคอนเดรีย และมีการจัดประเภทมากมาย (ประเภท a, ประเภท b, ประเภท c และประเภท d) โดยอิงจากกลุ่มโปรสเตติกฮีม^{[ 14 ]}ไซโตโครมประเภท c ใช้ในอะพอพโทซิส (การตายของเซลล์ตามโปรแกรม) และพบในยูคาริโอตทั้งหมด^{[ 14 ]}นอกจากนี้ยังพบในโปรคาริโอต ซึ่งเชื่อกันว่าใช้ในการหายใจและการสังเคราะห์แสง^{[ 14 ]}

ไฟโตโครมเป็นตัวรับแสงที่พบในพืชและจุลินทรีย์^{[ 15 ] [ 16 ]}จุดประสงค์ของมันคือการวัดสัญญาณแสงและตอบสนองอย่างเหมาะสมโดยพิจารณาจากลักษณะ สี ความเข้ม และช่วงเวลาของแสง โดยคำนึงถึงความต้องการและระยะการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต^{[ 16 ]}นอกเหนือจากผลกระทบโดยตรงต่อการเจริญเติบโต การสืบพันธุ์ และโครงสร้างของพืชแล้ว ไฟโตโครมยังช่วยในกระบวนการที่เรียกว่าการหลีกเลี่ยงร่มเงา^{[ 16 ]}การหลีกเลี่ยงร่มเงาเป็นกระบวนการที่ถูกกระตุ้นเมื่อความเข้มของแสงลดลงและสเปกตรัมของแสงเปลี่ยนแปลง ซึ่งมักเกิดจากพืชข้างเคียง^{[ 16 ]}เมื่อไฟโตโครมตรวจพบการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ทิศทางการเจริญเติบโตของพืชจะเปลี่ยนไปเพื่อเติบโตห่างจากทิศทางของการเปลี่ยนแปลงนี้ เพื่อให้พืชได้รับแสงมากขึ้น^{[ 16 ]}

ฟลาโวโปรตีนเป็นลิแกนด์ที่มีฟลาวินนิวคลีโอไทด์อย่างน้อยหนึ่งตัวเป็นโคแฟคเตอร์รีดอกซ์หรือโคซับสเตรต^{[ 17 ]}พวกมันมีส่วนเกี่ยวข้องในการซ่อมแซม DNA ที่เสียหาย การสังเคราะห์แสง และป้องกันความเครียดจากออกซิเดชันผ่านการกำจัดอนุมูลอิสระ พวกมันได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวางและ 90% ของพวกมันทำปฏิกิริยารีดอกซ์^{[ 18 ]}

แมงกะพรุน Cassiopea xamachana ปะการังหลายชนิด และดอกไม้ทะเลมีการแสดงออกของโครโมโปรตีน^{[ 9 ]}พบว่า Cassiopea xamachana มีโครโมโปรตีนสีน้ำเงิน ในขณะที่ปะการังมีโครโมโปรตีนสีชมพู สีม่วง และสีน้ำเงิน^{[ 9 ]}มีการคาดการณ์ว่าหน้าที่ของโครโมโปรตีนในปะการังคือการปกป้องปะการังจากรังสีแสงอาทิตย์โดยการสะท้อนทั้งแสงที่มองเห็นได้และแสงอินฟราเรดเมื่อกิจกรรมการสังเคราะห์แสงของความยาวคลื่นต่ำ ทำให้พลังงานส่วนเกินกระจายออกไป แต่ยังคงปล่อยให้ความยาวคลื่นที่มีกิจกรรมมากกว่าเข้าถึงซูแซนเทลลาของปะการังได้^{[ 9 ]}นอกจากนี้ โครโมโปรตีนยังช่วยให้ปะการังต้านทานการสูญเสียซูแซนเทลลาที่เป็น symbiont เมื่อสัมผัสกับความเครียดจากความร้อน (ปะการังฟอกขาว) ^{[ 9 ]}ในดอกไม้ทะเล มีการคาดการณ์ว่าโครโมโปรตีนช่วยให้เลียนแบบหนอนแดงเพื่อดึงดูดปลาและพรางตัวจากผู้ล่า^{[ 9 ]}

เรนโบว์สกรีน

วิธีการโคลนนิ่งทางพันธุกรรมที่รวมโครโมโปรตีนและ Gibson Assembly เพื่อทำเครื่องหมายและแยกแยะโคโลนีของ Eschericia coli ได้อย่างง่ายดาย^{[ 19 ]} วิธี นี้ทำให้กระบวนการมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการจัดการทางพันธุกรรมเพิ่มเติม และโครโมโปรตีนจะเปิดเผยโคโลนีปลอม^{[ 19 ]}วิธีนี้ช่วยลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพและความแม่นยำได้มากกว่า 80% ^{[ 19 ]}

การพัฒนาไบโอเซนเซอร์

โครโมโปรตีนสามารถใช้ในการพัฒนาไบโอเซนเซอร์ได้^{[ 20 ]}ไบโอเซนเซอร์ใช้เพื่อวัตถุประสงค์หลายประการ รวมถึงการวินิจฉัยทางการแพทย์ การติดตามความคืบหน้าของโรค นิติวิทยาศาสตร์ การค้นพบยา การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม และความปลอดภัยของอาหาร^{[ 20 ]}โดยการสร้างสัญญาณที่เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารวิเคราะห์ (สารที่กำลังวัด) ของปฏิกิริยา^{[ 20 ]}

อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญมักใช้โปรตีนเรืองแสงชนิดอื่น เนื่องจากโครโมโปรตีนไม่มีลักษณะโครงสร้างที่เพียงพอ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของวิศวกรรมโปรตีน^{[ 20 ]}โครโมโปรตีนที่ใช้ในการย้อมสีตัวอย่าง E. Coli ต้องมีการแสดงออกมากเกินไปจึงจะใช้งานได้ ส่งผลให้มีต้นทุนด้านความเหมาะสมสำหรับโครโมโปรตีนสีเข้มที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด^{[ 7 ]}พลาสมิดที่เข้ารหัสโครโมโปรตีนเหล่านี้ส่งผลให้สูญเสียสีเนื่องจากการกลายพันธุ์ในวัฒนธรรมของเหลว^{[ 7 ]}พบว่าโปรตีนเรืองแสงสีแดงโมโนเมอร์ 1 (mRFP1) เป็นตัวทดแทนที่เหมาะสม เนื่องจากสามารถทำเครื่องหมาย E. Coli ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่มีต้นทุนด้านความเหมาะสมน้อยที่สุด^{[ 7 ]}ยีนโครโมโปรตีนใน E. Coli ยังส่งผลให้เกิดความเป็นพิษต่อเซลล์ ซึ่งบ่งชี้ถึงการรวมตัวของโปรตีนที่เป็นอันตราย ดังที่พบจากข้อมูลโอลิโกเมอไรเซชัน ระดับการแสดงออก และอินคลูชันบอดี้^{[ 7 ]}ตัวแปรโมโนเมอร์ยังมีข้อได้เปรียบเหนือโครโมโปรตีนในการทดลองติดแท็กฟิวชั่น^{[ 7 ]}การเกิดโอลิโกเมอไรเซชันของโครโมโปรตีนนำไปสู่การรวมกลุ่มของโปรตีนเมื่อมีการแสดงออกมากเกินไปในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและแบคทีเรียต่างชนิดกัน^{[ 11 ]}