绿色荧光蛋白的发现、表达和发展

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1、生物物理学报第二十四卷第六期二八年十二月ACTABIOPHYSICASINICAVol.24No.6Dec.2008绿色荧光蛋白———发现、表达和发展M覽nsEhrenberg(DepartmentofCellandMolecularBiology,BMC,UppsalaUniversity,Sweden)罗文新，夏宁邵（译）（厦门大学国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心）由于在发现和研究绿色荧光蛋白方面做出的贡的神奇特性。在GFP一级结构中的一个三肽基序献，日本科学家下村修(QsamuShimomura)、

2、美自发形成该发色基团，在表达GFP的各种生物体国科学家马丁·沙尔菲(MartinChalfie)和美籍华中，荧光可以自发产生。换言之，GFP中基于三裔科学家钱永健(RoserYTsien)共同获得了肽的发色基团的成熟需要的只是氧分子，无需任何2008年度的诺贝尔化学奖。酶和辅助因子的存在。因此，GFP及其变体提供20世纪期间，生物化学成为探索活体细胞合了通用的遗传标签，可以在各种活体系统中观察大成代谢、分解代谢基本原理的主要手段。20世纪量的时空过程。GFP给生物科学带来的变革也大也见证了一场进步和变革：我们能够了解

3、各种酶的大加快了定量光学显微镜、电子学、计算科学和用功能，并通过晶体学及核磁共振从原子层面揭示蛋系统生物学方法研究细胞内外生物过程的分子模建白质的结构。20世纪后半叶，基于飞速发展的各的发展。种生物的全基因序列测定，传统遗传学和核酸化学下面，将从六个方面进行介绍：1）来自维多融入了现代基因组学中。生物信息学及其他辅助技利亚多管水母的GFP的基本特征；2）来自其他生术推动了这一遗传学革命，并波及生物科学的各个物体的天然相关蛋白及GFP家族成员突变体的基领域，对医学、制药学和生态学都产生了实际的影本特征；3）GFP类似蛋

4、白产生重要影响的一些科响。然而，不论是生物化学或者遗传学的革命都未学领域；4）GFP蛋白的发现；5）GFP蛋白可以能提供一种实验工具，用以定量并在实验中从时在其他非维多利亚多管水母中表达并产生荧光的验间、空间上精确地监控分子水平的胞内或胞外过证；6）GFP家族成员突变体的设计及其成为用于程，从而确定所有活体系统的动态行为。为获得这活体系统时空过程检测的通用工具。后面三部分与些认识，实验方面及概念上的新工具必不可少。如获得2008年诺贝尔奖直接相关。今，在21世纪初，分离自维多利亚多管水母的绿色荧光蛋白（greenfl

5、uorescentprotein，GFP），以1GFP蛋白的性质及其荧光发色基团及分离自其它生物体的类似蛋白或者经改造获得的突变体构成的“GFP家族”蛋白，使这一工具得来自维多利亚多管水母的天然绿色荧光蛋白到飞速发展。（GFP），最先由Morin和Hastings命名,它包含这些GFP类似蛋白可以用于在空间和时间上238个氨基酸。GFP序列中的65～67位残基监控活细胞和生物体内的大量生物现象，例如基因（Ser-Tyr-Gly）自发形成荧光发色基团———对羟基苯表达、蛋白质定位和动力学、蛋白质相互作用、细咪唑啉酮（图

6、1）。胞分化、染色体复制和调控、细胞内转运途径、细GFP的激发光谱在400nm处有一主要激发胞器的遗传和发生等，不胜枚举。而且，单个峰，在470nm处有一次要激发峰，发射光谱在GFP荧光成像的空间分辨率高于衍射极限。许多505nm处有一尖锐的主要发射峰，在540nm处有反映pH值、钙离子浓度及活细胞内重要特征的传一肩峰（图2）。感器也来自GFP类似蛋白的工程改造。GFP带来的技术革命主要源自荧光发色基团该文素材摘自http://nobelprize.org第6期绿色荧光蛋白———发现、表达和发展423在N端和C端可以

7、去除几个氨基酸残基而仍然保留GFP的发光特征，N端最多可去掉2个，C端为6个。两端的氨基酸残基无序，因而在图3的结构中未被解出。在无折叠或变性的GFP蛋白中，Ser65-Tyr66-Gly67三肽没有显著特征(图4，上)。但是当GFP折叠成天然构象时，这三个氨基酸形成了一个急弯(图4，中左)，使Gly67的氨基对Ser65羰基的亲核攻击,通过环化(图4，中右)和失水(图4，下左)作用形成咪唑啉酮。此时，GFP不发荧光。但是当氧分子存在时，66位氨基酸残基的α–β键会发生脱氢现象，并与咪唑啉酮结合(图4，下右)，从而使

8、GFP的发色基团成熟成发光形式。OOTyr661.0NHOROGly67NNHHON－NNN0.8OHHOOorotherunfolded/denaturedconformationSerorThr650.6(R=HorMe)OHfolding(t1/2~10min)0.4OO0.2NcyclizationHNHNOOHNHOHOOHO0300