绿色荧光蛋白结构

1、专业文献综述2012年6月15日 南京农业大学教务处制题 目：姓名：学院：专 业：班级：学号：指导教师:绿色荧光蛋白GFP的结构以及发光特性摘要：Osamu Shimomura和Frank Johnson首次从水母Aequorea victoria中分离出依赖钙离子的生物发光蛋 白，命名为aequorin。在分离过程中，还发现第二种蛋白，它缺乏发射蓝光的生物发光成分，但是在紫外 光照射时可以发出绿色荧光，故命名为绿色荧光蛋白(GFP)。在随后的20年里，研究者测定aequorin和 绿色荧光蛋白在水母体内共同作用，将依赖钙离子的生物发光信号转换为发绿色荧光特性。本文综述了 GFP 的结构和发光

2、特性以及展望GFP的发展前景。关键词：GFP、荧光、展望The Structure of Green Gluorescent Proteinand Luminescent LropertiesAbstractOsamu Shimomura and Frank Johnson for the first time separated from the jellyfish Aequorea victoria, a calcium-dependent bioluminescent protein, named aequorin. During the separation process, also

3、 found a second protein, which lacks the blue light emitting bioluminescence ingredients, but the green fluorescence under UV irradiation, so named for the green fluorescent protein (GFP). In the next 20 years, the researchers determined that aequorin and green fluorescent protein in jellyfish toget

4、her will depend on the bioluminescence of the calcium signal is converted into green fluorescence properties. This paper reviews the development prospects of the GFP structure and luminescence properties, as well as the outlook of the GFP.Key words: GFP, fluorescence, OutlookGFP的发现简介绿色荧光蛋白(GFP)是一种能够

5、发出绿色荧光的蛋白质，它存在于维多利亚多管水 母体内。1955年，Davenports等发现维多利亚多管水母(A. victoria)可以发出蓝绿色的光。 Shimomura等在1962年研究，他们从维多利亚多管水母(A. victoria)中分离纯化出水母素， 同时还发现了维多利亚多管水母(A. victoria)体内有绿色荧光蛋白存在。在1963年，他们发 现钙离子可以增强水母素的发光3 1974年，Morise：4等在进一步的研究中从维多利亚多管水 母(A. victoria)分离纯化出GFP的晶体。而且还发现在没有GFP存在时，水母素能够发出很弱 的蓝色荧光，波长为470 nm ；钙离

6、子和水母素结合后，将能量传递给GFP，导致GFP在紫外 光下发出绿色荧光，波长为509 nm。荧光蛋白结构以及发光特性2.1GFP结构一级结构：GFP的生色团位于64至69的六肽内，更准确的说是65至67残基(野生 型GFP中是Ser-Try-Gly)生成的4-(对-羟基苯亚甲基)咪唑-5-啉酮。图一为生色集团形 成机制5HO(R = H 或 Me)环化图1:生色团形成机制囱晶体机构：绿色荧光蛋白晶体的立体结构是由11条。桶装结构绕成的一个圆柱体， 一条a螺旋缠绕在圆柱体的轴位置。生色团附着在a螺旋上，几乎完美地包埋于圆柱体中心。 这种方式被称为P罐（图2）。2.1GFP发光特性Shimomu

7、ra：7对GFP的氨基酸序列和发光特性进行研究，结果不表明：水母素要将能量传 递给GFP后才可以让GFP发出绿色的荧光；而GFP则能够在蓝光的激发下，直接发出绿色荧光8Ca2+Aequorin Blue fluorescent protein +nm + C02+ GFP肝而ax SOS皿GFP的应用3.1报告基因和细胞标记GFP作为报告分子和细胞标记最明显的优势是无需底物或辅因子参与；无论在活细胞还 是在完整的转基因胚胎和动物中，都能有效地监测基因转移的效率，但在这方面的应用中 GFP最大的缺点就是没有放大作用，它不能象酶一样能通过加工无数的底物分子而将信号放 大。所以一般都需强启动子以GF

8、P基因在细胞内足量的表达。也可用亚细胞分辨率的显微成 像系统检测基因产物，靶入的基因被限制于一个细胞器内，GFP的浓度则相对提高了许多倍。3.2融合标记应用得最多和最成功的是GFP同宿主蛋白构成融合子来监测宿主蛋白的定位和最后归 宿。既有荧光又有宿主蛋白原有的正常功能和定位的融合蛋白效果最佳。GFP可融合于宿主 蛋白的N端或C端，也可插入其内部。迄今为止GFP已成功地靶入了大部分细胞器中，如质 膜、细胞核、内质网、高尔基体、分泌小体、线粒体、液泡和吞噬体等93.3其他GFP分子生色团的坚固外层保护荧光不被熄灭，但同时也降低了 GFP分子的荧光对环境的 敏感性。通过随机重组和基因定向突变得到了多

9、种对环境敏感的GFP,它们可用作环境指示 10 o荧光蛋白应用展望目前荧光蛋白的发展主要有两个基本目标。第一个就是完善目前已有的从蓝色到黄色的 荧光蛋白，而第二个目标是开发在发色光在可见光的橙色至远红光区域的单体荧光蛋白。这 两个目标达成都非常困难。最新的一代水母荧光蛋白变种已经解决了第一代荧光蛋白中的大部分的缺陷，尤其是在 黄色和绿色衍生物中。寻找单体亮度高且成熟快的红色荧光蛋白过程中已经发现了一些新的 有趣的荧光蛋白类别，主要采用的新的技术，比如插入和变异氨基酸也增加了荧光蛋白的颜 色种类。由于光谱分离技术已经有了更好的研究和更广的应用，这些新的变种将会补充现有 的荧光颜色，尤其是在光谱的

10、黄色和红色区域内。荧光探针技术目前的发展趋势是扩大染色在远红光和近红外区的作用。在哺乳动物细胞 中，自发荧光和吸收光都会在光谱的红色末端大大降低。因此，远红荧光探针的开发在检测 厚标本和整体动物时非常有用。假如荧光蛋白成功的作为转化系统中的报告基因，那么在整 个组织中使用远红荧光蛋白会在未来这些年变得越来越重要。最后，荧光蛋白在生物感应器工程中的巨大应用潜力也被开发出来。生物感应器的构建 发展非常迅速。利用结构的信息，开发这些探针会提高敏感度，并且会一直这样下去。这些 努力的成功标志着大部分的生物参数都可以用合适的以荧光蛋白为基础的生物感应器测量。参考文献：Davenport D et al.

11、 Luminescence in Hydromedusae. Proc R SocLondon Ser B, 1955, 144: 399-411Shimomura O et al. Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea. J Cell Comp Physiol, 1962, 59: 223-239Shimomura O et al. Microdetermination of calcium b

12、y aequorinluminescence. Science, 1963, 140: 1339-1340Morise H et al. Intermolecular energy transfer in the abioluminescent system of Aequorea. Biochemistry, 1974, 13:2656-2662Cubitt A B,Heim R,Adams S R, et al.Understanding,improving and using green fluorescent proteins.Trends Biochem Sci,1995,20(11

13、)： 448-455Ormo M,Cubitt A B,Kallio K,et al. Crystal structure of the Aequorea victoria green fluorercent protein.Science,1996,273(5280):1392-1395Shimomura O. Structure of the chromophore of aequorea green fluorescent protein. FEBS Lett 1979, 104: 220-222Satoshi Inouye , Frederick I. Tsuji,Aequorea green fluorescent protein Expression of the gene and fluorescence characteristics of the recombinant prote