诺贝尔奖--绿色荧光蛋白

1、The Nobel Prize in Chemistry 2008成果简介钱永健名片 钱永健(Roger Yonchien Tsien，1952年2月1日)，美国细胞生物学家。美国国家科学院院士，美国国家医学院院士，美国艺术与科学院院士。圣地牙哥加利福尼亚大学生物化学及化学系教授。汉族，1952年生于美国纽约，祖籍浙江杭州，是中国导弹之父钱学森的堂侄。 哈佛大学化学及物理学最优等学士学位英国剑桥大学生理学哲学博士学位学术贡献 钱永健的学术贡献主要在于应用绿色萤光蛋白研究细胞信号通路，是这方面的公认先驱。 由于对绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)的发现、机

2、理研究以及利用做出的贡献，瑞典皇家科学院诺贝尔将委员会将2008年度诺贝尔化学浆授予美国科学家下村修、马丁沙菲尔和美籍华裔化学家钱永健 化学奖评选委员会主席贡纳尔 冯 海伊内和评委莫恩斯 艾伦贝里对绿色荧光蛋白的评价指出，这是当代生物学的重要工具，借助这一“指路标”，科学家们已经研究出监控脑神经细胞生长过程的方法，这在以前是不可能实现的。他们说，下村修1962年在北美西海岸的水母中首次发现了一种在紫外线下发出绿色荧光的蛋白质，即GFP。随后，马丁沙尔菲在利用GFP做生物示踪分子方面做出了贡献；钱永健让科学界更全面地理解GFP的发光机理，对GFP坐了改造，通过改变其氨基酸排序合成出了能吸收、发射

3、不同颜色（蓝色、蓝绿色、黄色）光的荧光蛋白，为同时追踪多种生物细胞变化的研究奠定了基础。绿色荧光蛋白Green fluorescent protein(GFP)从水母(Aequorea victoria)体内发现的发光蛋白。分子质量为26kDa，由238个氨基酸构成，第6567位氨基酸(Ser-Tyr-Gly)形成发光团，是主要发光的位置。其发光团的形成不具物种专一性，发出荧光稳定，且不需依赖任何辅因子或其他基质而发光。绿色荧光蛋白基因转化入宿主细胞后很稳定，对多数宿主的生理无影响，是常用的报道基因。 绿荧光水母绿荧光水母通过体内绿色荧光蛋白发光通过体内绿色荧光蛋白发光水晶水母水晶水母3位诺贝

4、尔奖得主第一次分离出的荧光基位诺贝尔奖得主第一次分离出的荧光基因，就是从上面照片中的这种水晶水母体因，就是从上面照片中的这种水晶水母体内获得的。内获得的。GFP的发现 1962年，下村修和约翰森从维多利亚多管水母（Aequorea victorian）中分离生物发光蛋白质水母素（aequorin）时，意外地得到了一个副产物。它在阳光下呈绿色，钨丝灯光下呈黄色，紫外光下呈亮绿色。之后，他们仔细研究了其发光特性，并发现：是水中的钙离子增强了水母素的发光。于1963年，他们在美国科学杂志上报道了钙离子和水母素发光的关系，并于1974年得到了这种蛋白质。 GFP在水母中之所以能发光，是因为水母素和GF

5、P之间发生了能量转移。水母素在钙离子的刺激下发光，其能量可转移到GFP上，刺激GFP发光。这是物理化学中已知的荧光共振能量转移（FRET）在生物中的发现。 水母发光蛋白发出的蓝光通过能量转移激发GFP发出绿光，水母发光蛋白 脱辅水母发光蛋白+氧化荧光素+蓝光 绿色荧光蛋白 绿光钙离子蓝光发光机制 下村修因此成为首位从水母中分离出GFP，并发现这种蛋白质在紫外光下呈亮绿色的科学家，他被誉为生物发光研究的第一人马丁沙尔菲 如果说下村修是绿色荧光蛋白的“接生婆”，沙尔菲则是绿色荧光蛋白的价值发现者。 马丁沙尔菲等对实现GFP的基因表达做出了突出的贡献 他获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为

6、发光的遗传标签的作用。 根据GFP的氨基酸序列，合成了相应的寡核苷酸片段，利用转基因技术，从反转录DNA(cDNA)文库中筛选出几个GFP的阳性克隆，再和质粒结合，选择合适的启动子，和所要研究的蛋白的基因结合，发现该基因在如大肠杆菌、线虫、酵母、果蝇、昆虫细胞等异源细胞内表达也能发出绿色荧光。 其后GFP作为活细胞分子探针，在基因表达调控、转基因动物研究、蛋白在细胞中的功能定位、迁移变化、病原菌侵入活细胞的分子过程等研究方面表现出极大的用途。钱永健 钱永健在改造GFP方面取得了卓越的成就。1995年，他完成的单点突变（S65T）显著提高了GFP的光谱性质，起荧光强度和光稳定性也大大增强。 钱永

7、健的主要贡献在于利用GFP来追踪追踪多种生物细胞进行的生物反应，他被认为是这方面的公认先驱。GFP的特点 (1)它不仅本身稳定，不需要任何反应底物和辅助因子，且无种属限制，可在多种生物细胞中表达发出稳定荧光，不容易被猝灭 (2)分子量小，对细胞没有，与GFP融合的蛋白具有与GFP一样的荧光性质。 (3)使用方便，可对活细胞进行观察。用基因枪转化的受体细胞组织的瞬间表达或整株植物都可以用手提紫外灯观察。利用激光扫描共聚焦显微镜，甚至普通显微镜都可以观察到活细胞内蛋白的变化、活动。 (4)变异细胞可显著改变荧光特性。通过生物化学的方法将基因做小小的改变，就可以改变GFP中的氨基酸，得到变异GFP（

8、黄色荧光蛋白，青色荧光蛋白，蓝色荧光蛋白）。 这样就可以利用发光不同的GFP对同一个细胞内的不同蛋白进行标记。GFP的应用 (1)研究基因表达的调控元件和蛋白定位； (2)研究基因表达的时序控制与空间定位； (3)发育分子机理研究，GFP可以作为活体标记，在原位观察细胞的生长和运动。特别对于身体透明的动物观察起来更方便； (4)筛选药物，由于可以用不同颜色的GFP衍生物标记相关的蛋白来观察单细胞内相互作用的靶蛋白，再分离出目的细胞，从而可用于大规模药物筛选。 (5)临床检验，生产出GFP标记的抗原或抗体，就可以免疫诊断； (6)转基因动物和植物的筛选标记，微生物在体内的感染途径，病毒和宿主的相互作用等，如将其插入动物、细菌或细胞的遗传信息中，随着细胞复制，可观察不断长大的癌症肿瘤、细菌的生长等等。艺术和商务领域的应用 艺术家把GFP插入兔子细胞内创造出了一只荧光的绿色兔子 育种工作者利用GFP来创造特殊的荧光植物、花卉和各种鱼类。 GFP已经被移植到大鼠、老鼠、青蛙、有翅昆虫、蠕虫以及不计其数的其它生物体内。 这两只荧光猪诞生于中国黑龙江省哈尔滨东北农