绿色荧光蛋白
(Green fluorescent protein)
维多利亚多管水母绿色荧光蛋白的结构。
鉴定
标志Reginal
Pfam(蛋白家族查询站)PF01353
Pfam宗系CL0069
InterPro(蛋白数据整合站)IPR011584
SCOP(蛋白结构分类数据站)1ema
现有可用的蛋白结构:
Pfam结构
PDB(蛋白质数据库)RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum(蛋白质三维结构站)结构概要
绿色荧光蛋白 (GFP)带状图,来自 PDB 1EMA。 绿色荧光蛋白为基础的水母钢铁雕塑(2006年)陈列在圣胡安岛星期五港实验室(华盛顿,美国),GFP的发现的地方。

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。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(Ca)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英语Quantum yield(QY)为0.79。而从海肾英语Sea pansy(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)。,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。

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。

历史

维多利亚多管发光水母

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。

GFP衍生物

圣地亚哥海滩画说明基因突变的多样性,活细菌表达8种不同颜色的萤光蛋白。

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。

结构

野生型绿色荧光蛋白,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正几乎中心处。发色图被围在中心,能避免偶极化的水分子、顺磁化的氧分子或者顺反异构作用与发色团,致使荧光猝灭。

荧光是荧光蛋白最特别的特点,而其中的发色团起着主要的作用。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,底物只需要氧气。这暗示绿色荧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。

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,形成荧光。

应用

由于荧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,荧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

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。。其中,最令人兴奋的就是用于超分辨显微镜成像。

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