綠色熒光蛋白的結構與功能

綠色熒光蛋白（GFP）是一種由約238個(ge) 氨基酸組成的蛋白質，能被藍光到紫外光激發而發出綠色熒光。雖然許多其他海洋生物也有類似的綠色熒光蛋白，但傳(chuan) 統上，綠色熒光蛋白（GFP）是指首先從(cong) 維多利亞(ya) 水母中分離出來的蛋白質。這種蛋白質是由 Osamu Shimomura 等人首先發現的。 1962年在水母維多利亞(ya) 。這個(ge) 發光過程還需要發光蛋白水母發光蛋白的幫助，而這種發光蛋白可以與(yu) 鈣離子相互作用。

維多利亞(ya) 多管發光水母中發現的野生型綠色熒光蛋白，395nm和475nm分別是最大和第二大激發波長，其發射波長峰值在509nm，處於(yu) 可見光譜中綠光偏藍的位置。綠色熒光蛋白的熒光量子產(chan) 率(QY)為(wei) 0.79。從(cong) 海堇中獲得的綠色熒光蛋白僅(jin) 在498 nm處具有較高的激發峰。

在細胞生物學和分子生物學中，綠色熒光蛋白（GFP）基因經常被用作報告基因。綠色熒光蛋白基因也可以克隆到脊椎動物（例如：兔子）中進行表達，並用於(yu) 演示假設的實驗方法。通過基因工程技術，可以將綠色熒光蛋白（GFP）基因轉移到不同物種的基因組中，並在後代中持續表達。現在，綠色熒光蛋白（GFP）基因已被引入並在許多物種中表達，包括細菌、酵母和其他真菌、魚類（例如斑馬魚）、植物、蒼蠅，甚至人類等哺乳動物細胞。

發展曆程

1962年，據報道，科學家從(cong) 發光的水母水母中提取了具有生物發光特性的蛋白質。 20世紀70年代，生物發光現象有了一些新的發展。一些科學家研究了水母屬生物發光係統中的分子內(nei) 能量轉移。 20世紀90年代初，科學家克隆了GFP cDNA並研究了其表達的氨基酸序列，發現gfp 10 cDNA編碼了238個(ge) 氨基酸的肽段。對A. victoria GFP基因的克隆進行研究，發現GFP基因上存在3個(ge) 限製性酶切位點。這對於(yu) 後來科學家了解其結構有很大幫助。
1994 年 2 月，M. Chalfie 等人。等人創造性地分別在大腸杆菌和秀麗(li) 隱杆線蟲細胞中表達GFP，並得出結論：由於(yu) GFP發光不需要其他底物或輔因子，因此GFP的表達可用於(yu) 監測體(ti) 內(nei) 基因表達和蛋白質定位。此後的一段時間裏，無數的研究人員致力於(yu) GFP相關(guan) 的研究。在 M. Chalfie 報告的過去一個(ge) 月左右，Tsuji 等人。在大腸杆菌中融合表達GFP蛋白，並且在生物體(ti) 中GFP的激發和發射光譜與(yu) 自然條件下沒有顯著差異。由於(yu) GFP在生物體(ti) 中的熒光強度不夠強，很難應用於(yu) 實際科學研究。 1995 年，Tsien 等人。提高了GFP的發光強度，極大地促進了GFP在生物研究中的應用。然後在 1996 年 8 月，F. Yang 等人。分析了 GFP 的分子結構。 GFP蛋白呈桶狀，由11個(ge) β-折疊構成外圍，內(nei) 部有α-螺旋，桶的末端是一些不規則的卷曲。同年 9 月，Tsien 等人。分析了GFP的晶體(ti) 結構並闡明了其發光原理。還有科學家創造突變體(ti) 來篩選更好的GFP，比如pH敏感的GFP、專(zhuan) 門用於(yu) 植物細胞研究的GFP等等。除了優(you) 化GFP之外，許多科學家還開拓了思路，將GFP蛋白的應用拓展到了很多研究領域。 2002年，David A. Zacharias等人將GFP蛋白應用於(yu) 膜蛋白的研究。同年，GFP蛋白甚至被製成Zn生物探測器。

結構

野生型綠色熒光蛋白最初是一條 238 個(ge) 氨基酸的肽鏈，約 25KDa。然後按照一定的規則，11個(ge) β-折疊圍繞外周形成一個(ge) 圓柱形的柵欄；在圓柱體(ti) 中，α-螺旋將發色團幾乎精確地固定在中心。發色團被中心包圍，可以避免極化的水分子、順磁氧分子或順反異構體(ti) 與(yu) 發色團，導致熒光猝滅。

熒光是熒光蛋白最特殊的特征，其中發色團起著主要作用。 α-螺旋上的65、66和67個(ge) 氨基酸——絲(si) 氨酸、酪氨酸和甘氨酸經過環化、脫氫等形成發色團。有趣的是，發色團的形成過程是由外圍柵欄上的殘留物催化的，而底物隻需要氧氣。這表明GFP在不同物種中廣泛應用的潛力：它可以在不同物種中獨立表達為(wei) 功能蛋白，而不需要額外的因子。但具體(ti) 流程仍在討論中。
發色團上的共軛π鍵可以吸收激發光能量，並在短時間後，以較長波長的發射光釋放能量，產(chan) 生熒光。

應用

由於(yu) 熒光蛋白可以在後代中穩定遺傳(chuan) ，並且可以根據啟動子特異性表達，因此在定量或其他實驗中已逐漸取代傳(chuan) 統的化學染料。更多的是，熒光蛋白已經轉化為(wei) 不同的新工具，不僅(jin) 為(wei) 解決(jue) 問題提供了新思路，還可能帶來更有價(jia) 值的新問題。