綠色螢光蛋白 (Green fluorescent protein ，簡稱GFP )，是一个由约238个氨基酸 组成的蛋白質，從藍光到紫外线 都能使其激發，發出綠色螢光 。[2] [3] 維多利亞多管發光水母 中分离的蛋白质。這種蛋白質最早是由下村脩 等人在1962年在維多利亞多管發光水母 中發現。這個發光的過程中還需要冷光蛋白質水母素 的幫助，且這個冷光蛋白質與鈣離子 (Ca2+ )可產生交互作用。
绿色荧光蛋白 鑑定 標誌 Reginal Pfam PF01353（旧版） Pfam 宗系CL0069（旧版） InterPro IPR011584 SCOP 1ema / SUPFAM 現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（旧版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum 結構概要
绿色荧光蛋白 (GFP)帶狀圖，來自 PDB 1EMA。 綠色熒光蛋白為基礎的水母鋼鐵雕塑（2006年）陳列在聖胡安島星期五港實驗室（華盛頓，美國），GFP的發現的地方。 在維多利亞多管發光水母 中發現的野生型綠色螢光蛋白，395nm和475nm分別是最大和次大的激发 波长，它的发射波長的峰點是在509nm，在可見光譜中處於綠光偏藍的位置。绿色荧光蛋白的荧光量子产率 海腎
在細胞生物學 與分子生物學 中，綠色螢光蛋白(GFP)基因常用做報導基因 (reporter gene)。[4] 轉殖 到脊椎動物 (例如:兔子 )上進行表現，並拿來映證某種假設的實驗方法。通過基因工程 ，綠色螢光蛋白(GFP)基因能穩轉進不同物種的基因組，在後代中持續表達。現在，綠色螢光蛋白(GFP)基因已被导入并表达在许多物種，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 在水母體內發現具有發光基因的水母素 與綠色螢光蛋白，1979年美國科學家道格拉斯·普拉修 成為喬治亞大學 博士後研究員就是研究水母素與綠色螢光蛋白，之後成功找到水母素基因並成功讓大腸桿菌 具有水母素的發光基因，隨後再投入研究綠色螢光蛋白，之後成功取得綠色螢光蛋白基因但尚無植入大腸桿菌，但最後至1991年因無法取得研究經費而選擇直接發表相關論文後放棄研究，隨後普拉修將其取得的綠色螢光蛋白基因寄予马丁·查尔菲 和钱永健 ，讓他們繼續研究如何應用綠色螢光蛋白基因。
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 ，領獎時查尔菲和钱永健都邀請已是司機員的普拉修與會並致詞感謝他的研究成就。[5] [6]
歷史 编辑 維多利亞多管發光水母 野生型GFP(wtGFP) 编辑 在1960年代和1970年代，綠色螢光蛋白，連同分開發光蛋白水母素 ，首先從維多利亞多管發光水母 被純化，及其屬性被下村修 研究。[7]
GFP衍生物 编辑 聖地亞哥海灘畫說明基因突變的多樣性，活細菌表達8種不同顏色的螢光蛋白。 由於對廣泛使用的潛力和研究人員不斷變化的需求，綠色螢光蛋白的許多不同的突變體已被改造設計。[8]
結構 编辑 野生型綠色熒光蛋白，最開始是 238 個氨基酸的肽鏈，約 25KDa。然後按一定規則，11 條β-摺疊 在外周圍成圓柱狀的柵欄；圓柱中，α-螺旋 把發色團 固定在正幾乎中心處。發色圖被圍在中心，能避免偶極化的水分子、順磁化的氧分子或者順反異構作用與發色團，致使熒光猝滅。[3]
熒光是熒光蛋白最特別的特點，而其中的髮色團起着主要的作用。在 α-螺旋上的 65、66、67位氨基酸——絲氨酸 、酪氨酸 、甘氨酸 經過環化、脫氫等作用後形成發色團。有意思的是，發色團形成過程是由外周柵欄上的殘基催化，底物只需要氧氣。[1] [9]
發色團上的共軛 π鍵能吸收激發光能量，在很短的時間後，以波長更長的發射光釋放能量，形成熒光。
应用 编辑 由於熒光蛋白能穩定在後代遺傳，並且能根據啓動子特異性地表達，在需要定量或其他實驗中慢慢取代了傳統的化學染料。更多地，熒光蛋白被改造成了不同的新工具，既提供了解決問題的新思路，也可能帶來更多有價值的新問題。
荧光显微镜 编辑 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]
參見 编辑 參考資料 编辑 ^ 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. (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）. ^ . [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. (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 . 延伸閱讀 编辑 Pieribone V, Gruber D. Aglow in the Dark: The Revolutionary Science of Biofluorescence. Cambridge: Belknap Press. 2006. ISBN 0-674-01921-0OCLC 60321612 . Zimmer M. Glowing Genes: A Revolution In Biotechnology. Buffalo, NY: Prometheus Books. 2005. ISBN 1-59102-253-3OCLC 56614624 . 外部連結 编辑 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 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 ） 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.
绿色荧光蛋白, 綠色螢光蛋白, green, fluorescent, protein, 簡稱gfp, 是一个由约238个氨基酸组成的蛋白質, 從藍光到紫外线都能使其激發, 發出綠色螢光, 虽然许多其他海洋生物也有类似的, 但傳統上, 指首先从維多利亞多管發光水母中分离的蛋白质, 這種蛋白質最早是由下村脩等人在1962年在維多利亞多管發光水母中發現, 這個發光的過程中還需要冷光蛋白質水母素的幫助, 且這個冷光蛋白質與鈣離子, 可產生交互作用, green, fluorescent, protein, 維多利亞多管水. 綠色螢光蛋白 Green fluorescent protein 簡稱GFP 是一个由约238个氨基酸组成的蛋白質 從藍光到紫外线都能使其激發 發出綠色螢光 2 3 虽然许多其他海洋生物也有类似的绿色荧光蛋白 但傳統上 绿色荧光蛋白 GFP 指首先从維多利亞多管發光水母中分离的蛋白质 這種蛋白質最早是由下村脩等人在1962年在維多利亞多管發光水母中發現 這個發光的過程中還需要冷光蛋白質水母素的幫助 且這個冷光蛋白質與鈣離子 Ca2 可產生交互作用 绿色荧光蛋白 Green fluorescent protein 維多利亞多管水母綠色熒光蛋白的結構 1 鑑定標誌ReginalPfamPF01353 旧版 Pfam宗系CL0069 旧版 InterPro 英语 InterPro IPR011584SCOP 英语 Structural Classification of Proteins 1ema SUPFAM現有可用的蛋白結構 Pfam結構 旧版 ECODPDBRCSB PDB PDBe PDBjPDBsum 英语 PDBsum 結構概要绿色荧光蛋白 GFP 帶狀圖 來自 PDB 1EMA 綠色熒光蛋白為基礎的水母鋼鐵雕塑 2006年 陳列在聖胡安島星期五港實驗室 華盛頓 美國 GFP的發現的地方 在維多利亞多管發光水母中發現的野生型綠色螢光蛋白 395nm和475nm分別是最大和次大的激发波长 它的发射波長的峰點是在509nm 在可見光譜中處於綠光偏藍的位置 绿色荧光蛋白的荧光量子产率 英语 Quantum yield QY 为0 79 而從海腎 英语 Sea pansy sea pansy 所得的綠色螢光蛋白 僅在498nm有一個較高的激發峰點 在細胞生物學與分子生物學中 綠色螢光蛋白 GFP 基因常用做報導基因 reporter gene 4 綠色螢光蛋白基因也可以轉殖到脊椎動物 例如 兔子 上進行表現 並拿來映證某種假設的實驗方法 通過基因工程 綠色螢光蛋白 GFP 基因能穩轉進不同物種的基因組 在後代中持續表達 現在 綠色螢光蛋白 GFP 基因已被导入并表达在许多物種 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體內發現具有發光基因的水母素與綠色螢光蛋白 1979年美國科學家道格拉斯 普拉修成為喬治亞大學博士後研究員就是研究水母素與綠色螢光蛋白 之後成功找到水母素基因並成功讓大腸桿菌具有水母素的發光基因 隨後再投入研究綠色螢光蛋白 之後成功取得綠色螢光蛋白基因但尚無植入大腸桿菌 但最後至1991年因無法取得研究經費而選擇直接發表相關論文後放棄研究 隨後普拉修將其取得的綠色螢光蛋白基因寄予马丁 查尔菲和钱永健 讓他們繼續研究如何應用綠色螢光蛋白基因 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 領獎時查尔菲和钱永健都邀請已是司機員的普拉修與會並致詞感謝他的研究成就 5 6 目录 1 歷史 1 1 野生型GFP wtGFP 1 2 GFP衍生物 2 結構 3 应用 3 1 荧光显微镜 4 參見 5 參考資料 6 延伸閱讀 7 外部連結歷史 编辑 nbsp 維多利亞多管發光水母野生型GFP wtGFP 编辑 在1960年代和1970年代 綠色螢光蛋白 連同分開發光蛋白水母素 首先從維多利亞多管發光水母被純化 及其屬性被下村修研究 7 GFP衍生物 编辑 nbsp 聖地亞哥海灘畫說明基因突變的多樣性 活細菌表達8種不同顏色的螢光蛋白 由於對廣泛使用的潛力和研究人員不斷變化的需求 綠色螢光蛋白的許多不同的突變體已被改造設計 8 結構 编辑野生型綠色熒光蛋白 最開始是 238 個氨基酸的肽鏈 約 25KDa 然後按一定規則 11 條b 摺疊在外周圍成圓柱狀的柵欄 圓柱中 a 螺旋把發色團固定在正幾乎中心處 發色圖被圍在中心 能避免偶極化的水分子 順磁化的氧分子或者順反異構作用與發色團 致使熒光猝滅 3 熒光是熒光蛋白最特別的特點 而其中的髮色團起着主要的作用 在 a 螺旋上的 65 66 67位氨基酸 絲氨酸 酪氨酸 甘氨酸經過環化 脫氫等作用後形成發色團 有意思的是 發色團形成過程是由外周柵欄上的殘基催化 底物只需要氧氣 1 這暗示綠色熒光蛋白被廣泛用於不同物種的潛力 在不同物種中能獨立表達成有功能的蛋白 而不需要額外的因子 不過 現在依然在討論準確的過程 9 發色團上的共軛 p鍵能吸收激發光能量 在很短的時間後 以波長更長的發射光釋放能量 形成熒光 应用 编辑由於熒光蛋白能穩定在後代遺傳 並且能根據啓動子特異性地表達 在需要定量或其他實驗中慢慢取代了傳統的化學染料 更多地 熒光蛋白被改造成了不同的新工具 既提供了解決問題的新思路 也可能帶來更多有價值的新問題 荧光显微镜 编辑 主条目 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 最令人興奮的就是用於超分辨顯微鏡成像 參見 编辑 nbsp 分子与细胞生物学主题 nbsp 生物学主题 pGLO 英语 pGLO 黃色熒光蛋白 英语 Yellow fluorescent protein 參考資料 编辑 1 0 1 1 Ormo 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 forskalea 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 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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 取自 https zh wikipedia org w index php title 绿色荧光蛋白 amp oldid 75133998, 维基百科，wiki ，书籍，书籍，图书馆，
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