绿色荧光蛋白
| 绿色荧光蛋白 (Green fluorescent protein) | |||||||||
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 维多利亚多管水母绿色荧光蛋白的结构。[1] | |||||||||
| 鉴定 | |||||||||
| 标志 | Reginal | ||||||||
| Pfam | PF01353（旧版） | ||||||||
| Pfam宗系 | CL0069（旧版） | ||||||||
| InterPro | IPR011584 | ||||||||
| SCOP | 1ema / SUPFAM | ||||||||
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绿色萤光蛋白（Green fluorescent protein，简称GFP），是一个由约238个氨基酸组成的蛋白质，从蓝光到紫外线都能使其激发，发出绿色萤光。[2][3]虽然许多其他海洋生物也有类似的绿色荧光蛋白，但传统上，绿色荧光蛋白（GFP）指首先从维多利亚多管发光水母中分离的蛋白质。这种蛋白质最早是由下村脩等人在1962年在维多利亚多管发光水母中发现。这个发光的过程中还需要冷光蛋白质水母素的帮助，且这个冷光蛋白质与钙离子(Ca2+)可产生交互作用。
在维多利亚多管发光水母中发现的野生型绿色萤光蛋白，395nm和475nm分别是最大和次大的激发波长，它的发射波长的峰点是在509nm，在可见光谱中处于绿光偏蓝的位置。绿色荧光蛋白的荧光量子产率（QY）为0.79。而从海肾(sea pansy)所得的绿色萤光蛋白，仅在498nm有一个较高的激发峰点。
在细胞生物学与分子生物学中，绿色萤光蛋白(GFP)基因常用做报导基因(reporter gene)。[4]，绿色萤光蛋白基因也可以克隆到脊椎动物(例如:兔子)上进行表现，并拿来映证某种假设的实验方法。通过基因工程，绿色萤光蛋白(GFP)基因能稳转进不同物种的基因组，在后代中持续表达。现在，绿色萤光蛋白(GFP)基因已被导入并表达在许多物种，包括细菌，酵母和其他真菌，鱼（例如斑马鱼），植物，苍蝇，甚至人等的哺乳动物细胞。
1962年日本科学家下村脩在水母体内发现具有发光基因的水母素与绿色萤光蛋白，1979年美国科学家道格拉斯·普拉修成为乔治亚大学博士后研究员就是研究水母素与绿色萤光蛋白，之后成功找到水母素基因并成功让大肠杆菌具有水母素的发光基因，随后再投入研究绿色萤光蛋白，之后成功取得绿色萤光蛋白基因但尚无植入大肠杆菌，但最后至1991年因无法取得研究经费而选择直接发表相关论文后放弃研究，随后普拉修将其取得的绿色萤光蛋白基因寄予马丁·查尔菲和钱永健，让他们继续研究如何应用绿色萤光蛋白基因。
2008年10月8日，日本科学家下村脩、美国科学家马丁·查尔菲和钱永健因为发现和改造绿色荧光蛋白而获得了当年的诺贝尔化学奖，领奖时查尔菲和钱永健都邀请已是司机员的普拉修与会并致词感谢他的研究成就。[5][6]
历史
野生型GFP(wtGFP)
在1960年代和1970年代，绿色萤光蛋白，连同分开发光蛋白水母素，首先从维多利亚多管发光水母被纯化，及其属性被下村修研究。[7]
GFP衍生物
由于对广泛使用的潜力和研究人员不断变化的需求，绿色萤光蛋白的许多不同的突变体已被改造设计。[8]
结构
野生型绿色萤光蛋白，最开始是 238 个氨基酸的肽链，约 25KDa。然后按一定规则，11 条β-折叠在外周围成圆柱状的栅栏；圆柱中，α-螺旋把发色团固定在几乎正中心处。发色团被围在中心，能避免偶极化的水分子、顺磁化的氧分子或者顺反异构与发色团作用，致使萤光猝灭。[3]
萤光是萤光蛋白最大特色，而其中的发色团起着关键作用。在 α-螺旋上的65、66、67位氨基酸——丝氨酸、酪氨酸、甘氨酸经过环化、脱氢等作用后形成发色团。有意思的是，发色团形成过程是由外周栅栏上的残基催化，只额外需要氧气。[1]这暗示绿色萤光蛋白被广泛用于不同物种的潜力：在不同物种中能独立表达成有功能的蛋白，而不需要额外的因子。不过，现在依然在讨论准确的过程。[9]
发色团上的共轭 π键能吸收激发光能量，在很短的时间后，以波长更长的发射光释放能量，形成萤光。
应用
由于萤光蛋白能稳定在后代遗传，并且能根据启动子特异性地表达，在需要定量或其他实验中慢慢取代了传统的化学染料。更多地，萤光蛋白被改造成了不同的新工具，既提供了解决问题的新思路，也可能带来更多有价值的新问题。
荧光显微镜
GFP和它的衍生物的可用性已经彻底重新定义荧光显微镜，以及它被用来在细胞生物学和其他生物学科的方式。[10]。其中，最令人兴奋的就是用于超分辨显微镜成像。
参见
参考资料
- ^ 1.0 1.1 Ormö M, Cubitt AB, Kallio K, Gross LA, Tsien RY, Remington SJ. Crystal structure of the Aequorea victoria green fluorescent protein. Science. September 1996, 273 (5280): 1392–5. PMID 8703075. doi:10.1126/science.273.5280.1392.
- ^ Prendergast FG, Mann KG; Mann. Chemical and physical properties of aequorin and the green fluorescent protein isolated from Aequorea forskålea. Biochemistry. 1978, 17 (17): 3448–53. PMID 28749. doi:10.1021/bi00610a004.
- ^ 3.0 3.1 Tsien RY. The green fluorescent protein (PDF). Annu Rev Biochem. 1998, 67: 509–44 [2014-10-13]. PMID 9759496. doi:10.1146/annurev.biochem.67.1.509. （原始内容 (PDF)存档于2020-07-28）.
- ^ Phillips G. Green fluorescent protein--a bright idea for the study of bacterial protein localization. FEMS Microbiol Lett. 2001, 204 (1): 9–18. PMID 11682170. doi:10.1016/S0378-1097(01)00358-5.
- ^ 存档副本. [2008-10-08]. （原始内容存档于2012-10-26）.
- ^ 钱永健等三位美国科学家获诺贝尔化学奖. [2008-10-08]. （原始内容存档于2008-10-13）.
- ^ Shimomura O, Johnson F, Saiga Y. Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea. J Cell Comp Physiol. 1962, 59 (3): 223–39. PMID 13911999. doi:10.1002/jcp.1030590302.
- ^ Shaner N, Steinbach P, Tsien R. A guide to choosing fluorescent proteins (PDF). Nat Methods. 2005, 2 (12): 905–9 [2014-06-23]. PMID 16299475. doi:10.1038/nmeth819. （原始内容 (PDF)存档于2021-04-16）.
- ^ Chudakov DM, Matz MV, Lukyanov S, Lukyanov KA. Fluorescent proteins and their applications in imaging living cells and tissues. Physiological Reviews. Jul 2010, 90 (3): 1103–63. PMID 20664080. doi:10.1152/physrev.00038.2009.
- ^ Yuste R. Fluorescence microscopy today. Nat Methods. 2005, 2 (12): 902–4. PMID 16299474. doi:10.1038/nmeth1205-902.
延伸阅读
- Pieribone V, Gruber D. Aglow in the Dark: The Revolutionary Science of Biofluorescence. Cambridge: Belknap Press. 2006. ISBN 0-674-01921-0. OCLC 60321612. Popular science book describing history and discovery of GFP
- Zimmer M. Glowing Genes: A Revolution In Biotechnology. Buffalo, NY: Prometheus Books. 2005. ISBN 1-59102-253-3. OCLC 56614624.
外部链接
| 关于绿色荧光蛋白 的图书馆资源 |
- A comprehensive article on fluorescent proteins at Scholarpedia
- Brief summary of landmark GFP papers （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Interactive Java applet demonstrating the chemistry behind the formation of the GFP chromophore
- Video of 2008 Nobel Prize lecture of Roger Tsien on fluorescent proteins （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Excitation and emission spectra for various fluorescent proteins （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Green Fluorescent Protein Chem Soc Rev themed issue dedicated to the 2008 Nobel Prize winners in Chemistry, Professors Osamu Shimomura, Martin Chalfie and Roger Y. Tsien
- Molecule of the Month, June 2003: an illustrated overview of GFP by David Goodsell.
- Molecule of the Month, June 2014: an illustrated overview of GFP-like variants by David Goodsell.