学士学位论文文献综述题目绿色荧光蛋白的应用及发展前景
姓名周紫嫣学
号014010110349
专业生物工程
指导教师周小萍职
称教师
中国·武汉二○一二年四月
目录
摘要······················································································ II 关键词 ···················································································· II Abstract ··················································································· II Key words ················································································ II
1 GPF的发现 (1)
2 GFP的结构及发光原理 (1)
2.1 GFP的结构 (1)
2.2 GFP的发光原理 (2)
3 GFP在生物技术中的应用 (2)
3.1 GFP作为报告基因 (2)
3.2 GFP用于研究病毒与宿主的关系 (3)
3.3 GFP用于药物筛选 (3)
3.4 GFP作为生物传感器 (3)
3.5 GFP用于融合抗体 (4)
3.6 GFP用于计算细胞生长速度 (4)
3.7 GFP用于基因表达调控 (4)
4 GFP存在问题及发展前景 (4)
参考文献 (5)
致谢 (5)
绿色荧光蛋白的应用及发展前景
摘要
绿色荧光蛋白(GFP）是一种由水母（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65～67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。本文综述了绿色荧光蛋白的发现过程，基本性质，应用及其发展前景。
关键词
绿色荧光蛋白；报告基因；药物筛选；融合抗体
Green fluorescent protein application and development prospect
Abstract
Green fluorescent protein (GFP) is a kind of the jellyfish (Aequorea Victoria) found in the body of the luminous protein. Molecular quality as kDa 26, with 238 amino acids, 65 ~ 67 of amino acid (Ser-Tyr-Gly) form shine group, is mainly the position of the light. The light the formation of the group has no species specificity, a fluorescent stability, and does not need to rely on any auxiliary factors or other matrix and shine. Green fluorescent protein gene into the host cell is stable, for most of the host physiology no effect, the report is a common gene. This paper reviewed the green fluorescent protein discovery process, basic properties, application and development prospect.
Key words
Green fluorescent protein；Report gene；Drug screening；Fusion antibody
1 GPF的发现
2008年的诺贝尔化学奖授予从事有关:“绿色荧光蛋白( GFP) 的发现,表达和发展”并取得重要成就的三位科学家：日本科学家下村修（Osamu Shimomura）；美国科学家马丁·沙尔菲（Martin Chalfie）和美籍华裔科学家钱永健（Roger Y. Tsien）。绿色荧光蛋白( GFP) 是一种在维多利亚多管水母体内所发现的蛋白质。是在1962年由下村修等科学家发现。而水母所发出的绿色荧光,并非由GFP发出,它是因照相中所使用闪光的反射所致。
2 GFP的结构及发光原理
2.1 GFP的结构
由维多利亚多管水母中发现的GFP是一种化学性能稳定的小分子蛋白质，由238个氨基酸残基组成。在蓝色波长范围的光线激发下，发出绿色萤光。GFP的原初结构式通过氨基酸残基65-67(Ser-Tyr-Gly)而生成的荧光发色团(Cody et al，1993)。在GFP的65-67(Ser-Tyr-Gly)可自发的形成一种P-羟基亚苄基咪唑酮的荧光发色团（如图1所示）。
图1 发色团
GFP的晶体结构是11个β-折叠组成的β-桶状结构组成的二聚体，在桶中央有一个α-螺旋。β-
桶状结构直径约3nm，高约4nm。β-折叠彼此紧密结合，像桶板一样形成桶状结构的外围，并且形成了一个规则的氢键带（如图2所示）。桶状结构和位于其末端的短α-螺旋以及环状结构一起组成一个单独的致密结构域，没有可供扩散的配体进入缝隙。这种坚实的结构保证了其稳定和抗热、抗变性的特点（Yang F et al，1996）。蛋白的一级结构大部分用来形成β-折叠和α-螺旋。蛋白质原初结构中,很大一部分用于构筑β-管道，以及线状的α-螺旋体。在能保持GFP荧光发射的条件下，从GFP的N2端和C2端可以除去的N2端残基和C2端的残基(总数达230～238) 是无序的（吴世康，2008）。
图二 GFP的晶体结构
2.2 GFP的发光原理
GFP的激发光谱在400nm处有一主要激发峰，在470nm处有一次要激发峰，发射光谱在505nm处有一尖锐的主要发射峰，在540nm处有一肩峰。这一结果是于1998 年,由Tsien所测得。
GFP的性质和发射光谱的稳定性与其生色团结构的稳定性紧紧相关。GFP表达后折叠，在氧存在的条件下，使得66位氨基酸残基的α，β键间脱氢。由65～67位的氨基酸残基(Ser-Tyr-Gly)环化成稳定的对羟基苯咪唑啉酮(4-P-hydroxybene-5-imidazolinone)，形成生色团（吴沛桥等，2009）。GFP 的生色基团是蛋白质自身催化环化的结果，环化是一个有氧过程，在严格厌氧条件下GFP不能形成荧光，因为GFP的生色团形成需要氧使Tyr66脱氢氧化。生色基团通过Tyr66的脱质子(酚盐)和质子化状态(羟酚基)的转换决定荧光发射（徐飞虎和龚兴国，2002）。
3 GFP在生物技术中的应用
3.1 GFP作为报告基因
报告基因是一种编码可被检测的蛋白质或酶的DNA，如荧光素酶(LUX)基因和β-葡萄糖苷酶(GUS)基因。GFP作为基因报告可用来检测转基因效率，把GFP基因连接到目的基因的启动子之后，通过测定GFP的荧光强度就可以对该基因的表达水平进行检测（吴沛桥等，2009）。
常用的质粒克隆载体的报告基因如LacZ ,是利用酶促催化反应,需要加入外源底物和诱导物(如IPTG,X-gal) ,不仅操作繁琐且价格昂贵。现已构建了以GFP S65 T 基因作为筛选标记的新型克隆载体,建立了以绿白斑筛选法筛选阳性重组子的新方法（孙德惠等，2006；范学政等，2005）,替代LacZ 蓝白斑筛选,不需X-gal ,经济简单可行。
作为一种新的报告基因，GFP在生物学研究中得到广泛的应用。利用绿色荧光蛋白独特的发光机原理，可将GFP作为蛋白质标签，利用DNA重组技术将目的基因与GFP基因构成融合基因，转染合适的细胞进行表达，然后借助荧光显微镜便可对标记的蛋白质进行细胞内活体观察。由于GFP相对较小，所以将其和其他蛋白融合不会影响自身发光。1996年，Ehrdardt等人首次报道利用GFP研究细胞分化蛋白FtsZ的定位。研究显示FtsZ在细胞分裂位点形成一个环状物，并且至少有9种蛋白在细胞分裂中起到重要作用，虽然对这些蛋白功能并不是很清楚，但是利用GFP已经搞清楚他们聚合的顺序及蛋白定位中的一些特征。除了用于蛋白的标记定位之外，GFP也可以大量用于细胞器的标记。
3.2 GFP用于研究病毒与宿主的关系
将病毒用GFP活体标记,可以在全真条件而不是模拟条件下实时研究病原体与宿主的系。在研究病毒与宿主关系时，如果用荧光染料标记病原菌的方法，由于病原菌的分裂，染料被稀释，长期以来未取得病原菌侵入活细胞的实时实态过程，而用放射性的核酸探针法及gus等报告基因引入病毒基因组作为报告物等方法必须在分析前对组织进行处理，这样就阻止了感染的继续进行，而GFP基因则能有效克服上述不足（杨朝辉和雷建军，2000）。
Casper将GFP基因插入TMV的基因组体外转录获得感染性RNA，然后导入烟草植株，观察发现在接入点和整个植株均可表达GFP(袁小松和沈继龙，2006)。并发现在系统感染中病毒以两种方式进行运动：一是细胞间慢的传播，伴随病毒复制的GFP表达；二是维管介导的快速运转，病毒不复制，GFP不表达（王晓丽等，2008）。Oparka将GFP编码基因置于根瘤菌组成型启动子之后，利用GFP产生的绿色荧光可清楚的观察到根瘤菌对植物的侵染过程和与之共生的情况。Barret t M等将GFP克隆于苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒的多角体启动子下游,发现感染24h后在昆虫的中肠上皮细胞和血细胞中发现绿色荧光,表明在这些组织中病毒复制表达了极晚期蛋白,随后的感染发生在整个体腔的气管细胞,
并进而发生在其他组织。
3.3 GFP用于药物筛选
许多新发展的光学分析方法已经开始利用活体细胞来进行药物筛选，这一技术能从数量众多的化合物中快速筛选出我们所需要的药物。基于细胞的荧光分析可分为三类：即根据荧光的密度变化、能量转移或荧光探针的分布来研究目标蛋白如受体、离子通道或酶的状态的变化（Jesus E G,et al,1998）。荧光探针分布式利用了信号传导中信号分子的转移功能，将荧光蛋白和信号分子相偶联，根据荧光蛋白的分布可推断信号分子的转移情况，并推断出该分子在转移中的功能。而由于GFP的相对分子量小，可活细胞内可溶对细胞毒性较小，所以常作为荧光探针。
当细胞体内风信号分子和某一特殊受体结合常常会导致配体-受体复合物从某一细胞区域转移到
另一细胞区域，这些受体常被用来做药物筛选的目标，若某一药物具有和信息分子类似的功能，那么该药物就具有潜在的医药用途。利用GFP荧光探针，容易从总舵的化合物中判断哪些具有和信号分子相似的功能，并且这种筛选过程简单方便，成本也很低。利用这个原理已成功构建一个筛选模型用于研究药物介导的糖皮质激素受体（hGR）的转移过程(Steven R K,1999)。
利用GFP来进行药物筛选由于受其必须与迁移的信号分子相偶联，其筛选容量相对较低，但是由于GFP 在细胞内的穿透性强及独特的发光机制，因而在药物筛选中具有相当大的应用潜力。
3.4 GFP作为生物传感器
绿色荧光蛋白由于其独特的光信号传导机制，以及在表达后易被周围化学环境和蛋白之间的相互作用所影响的特性，因而极适于用做活细胞体内的光学感受器。第一个基于GFP的生物感受器为钙离子感受器，由Romoser和Miyawaki几乎同时提出。原理是利用钙调蛋白结合钙离子后引起的空间构象变化导致两种GFP突变体间发生荧光共振能量转移。但是由于大多数蛋白不能像钙调蛋白那样承受较大的空间构象变化，为克服这一缺点，人们开始提出利用基因融合技术将一新的分子识别位点结合到GFP上以构建新的分子感受器。Doi和Yanagawa根据这一原理将TEM1 β-内酰胺酶 (Bla)融合到GFP上。当缺少目标分子时，GFP处于静止状态不会产生荧光。但是当目标分子β-内酰胺酶抑制蛋白(BLIP)与Bla结合后，即使GFP活化产生荧光，而这一变化很容易被检测到。将受体蛋白插入到GFP表面的技术已经成为构建分子感受器的有力工具，这种GFP感受器能被用来检测多种分子，如蛋白质、核酸、激素、药物、金属及其他的一些小分子化合物等，其潜在应用前景极为广阔。
野生型GFP和其很多突变体都具有依赖pH的荧光变化，可用来检测活细胞内的pH。称为Phluprin
可分为：比率Phluorin和盈缺Phluorin。当pH降低时，比率Phluorin的最大激发波长从395nm到475nm 迁移，利用两个最大波长处的荧光强度的比率可以测量pH；当pH值小于6时，盈缺Phluorin在475nm 处没有荧光。当pH回复到中性时，两类Phluorin都会在20 ins内复原。Hanson等[19]在2002年就设计了一系列GFP突变体deGFP，作为双波长比率测量的pH探针，用于细胞内检测。另外GFP也可用于检
测电位、氧化还原水平(J Yh R,2000)。
3.5 GFP用于融合抗体
单链抗体是基因工程抗体中研究较多的一种小分子抗体，它的优越性在于可在宿主细胞内大量表达，易于基因工程操作，尤其易于构建抗体融合蛋白。近年来有许多关于GFP融合单链抗体的研究，如程虹等报道将抗肝癌单链双功能抗体融合GFP真核表达载体并导人小鼠成纤维细胞NIH3T3表达并
获得成功(程虹等，2001)。因为融合抗体具有与抗原结合及发射荧光这两种特性，所以这种人工分子可以用做免疫染色的检测试剂，直接应用在流式细胞仪和免疫荧光的标记及肿瘤检测等。
由于技术原因，一般融合抗体均置于原核表达系统中。为了便于表达蛋白的分离纯化，一般在单链抗体的N端或C端插入-6×His序列，便于用Ni—NTA亲和层析柱纯化目标蛋白。但是由于抗体分子内存在二硫键，而在原核表达系统内由于抗体不能正确折叠，容易形成包涵体，表达出来的目标蛋白无活性，需要在氧化还原体系中进行复性。近来也有报道在动物细胞细胞质中成功表达出具有抗原结合活性的单链抗体(Mhashilkar A M，et al,1995)。若能成功解决融合抗体的表达问题，则在免疫染色及肿瘤检测这一领域融合抗体将扮演极为重要的角色。
3.6 GFP用于计算细胞生长速度
在高水平组合型表达GFP的细胞品系中，在细胞生长对数期，GFP所发出的荧光信号与细胞的数量密切相关。测量的任何荧光强度都可相应的转变成细胞浓度。尽管在细胞生长后期，用荧光信号计算得到的细胞数略低于培养物中的实际数目。但是在常用的台盼蓝计数法中，这个误差是允许的(何海建和陈婷飞，2008)。
3.7 GFP用于基因表达调控
Clontech公司构建了一种叫启动子报告载体(Promoter reporter vector) 即是一个没有启动子的GFP质粒, 专门用来测试各种启动子对GFP表达的效率, 以及某些增强子对GFP 表达的调控效果。发现用玉米C4PPDK 基因5' 端的非翻译片段(5'VTR)与花椰菜花叶病毒的35S 启动子连接, GFP在玉米原生质体中的表达效率比对照质粒(只有35S 启动子)提高近15倍，因为5'VTR 片段中含转录增强子。用拟南芥菜热休克(Heat- shock)基因启动子构建GFP表达载体, 用以转化玉米原生质体。发现42℃热激处理中50%原生质体表达GFP 荧光, 37℃处理的荧光较弱, 而常温下培养, 则完全观察不到原
生质体中的GFP荧光（薛启汉，1999）。
4 GFP存在问题及发展前景
由于荧光蛋白自身发射荧光的特性，发光不需要其他协助因子，荧光生色团对热、pH、化学变性剂稳定，且具有比较强的抗光漂白性质。使得GFP在生物学的众多研究领域中有着广泛的应用，但是也存在着一些不足。如检测灵敏度有待提高且其荧光信号强度方面的非线性性质使定量困难；紫外激发对某些GFP有光漂白的光破坏作用，导致荧光信号快速丧失；多数生物具有微弱的自身发光现象，影响某些GFP的检测；新生GFP通过折叠加工成为具有活性的形态，过程十分缓慢等。
考虑上述问题，GFP要在各领域得到更加全面的应用，还需要几个条件：基础理论体系的成熟完善、新型优良突变体的诞生以及与各种现代生物技术的融合。与此同时，随着基因工程技术和细胞工程技术的日益成熟，我们相信，GFP一定会给我们带来更多的应用价值。
参考文献
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致谢
历时近一个月的时间终于将这篇论文完成，在写论文的过程中遇到的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我很难完成本篇论文。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多相关素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
学士学位论文文献综述题目绿色荧光蛋白的应用及发展前景 姓名周紫嫣学 号014010110349 专业生物工程 指导教师周小萍职 称教师 中国·武汉二○一二年四月
目录 摘要······················································································ II 关键词 ···················································································· II Abstract ··················································································· II Key words ················································································ II 1 GPF的发现 (1) 2 GFP的结构及发光原理 (1) 2.1 GFP的结构 (1) 2.2 GFP的发光原理 (2) 3 GFP在生物技术中的应用 (2) 3.1 GFP作为报告基因 (2) 3.2 GFP用于研究病毒与宿主的关系 (3) 3.3 GFP用于药物筛选 (3) 3.4 GFP作为生物传感器 (3) 3.5 GFP用于融合抗体 (4) 3.6 GFP用于计算细胞生长速度 (4) 3.7 GFP用于基因表达调控 (4) 4 GFP存在问题及发展前景 (4) 参考文献 (5) 致谢 (5)
生物技术实验报告 姓名：张龙龙 学号：2011506066 班级：11级生技02班
前言：绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）是一类存在于包括水 母、水螅和珊瑚等腔肠动物体内的生物发光蛋白。当受到紫外或蓝光激发时，GFP 发射绿色荧光。它产生荧光无需底物或辅因子发色团是其蛋白质一级序列固有的。GFP 由3 个外显子组成，长2.6kb；GFP 是由238 个氨基酸所组成的单体蛋白,相对分子质量为27. 0kMr，其蛋白性质十分稳定，能耐受60℃处理。1996 年GFP 的晶体结构被解出，蛋白质中央是一个圆柱形水桶样结构，长420 nm，宽240 nm，由11 个围绕中心α螺旋的反平行β折叠组成，荧光基团的形成就是从这个螺旋开始的，桶的顶部由 3 个短的垂直片段覆盖，底部由一个短的垂直片段覆盖，对荧光活性很重要的生色团则位于大空腔内。发色团是由其蛋白质内部第65-67位的Ser-Tyr-Gly自身环化和氧化形成. 一.实验目的 1、了解表达用基因克隆引物设计的原理和方法。 2、了解利用原核表达系统表达外源基因的原理、流程及方法。 3、掌握PCR、DNA片段的酶切与连接、细菌转化、阳性克隆筛选、质粒提取、DNA样品的纯化、核酸电泳等分子生物学基本技术。 二．实验原理 基因工程一般包括四个步骤：一是取得符合人们要求的DNA片段，这种DNA片段被称为“目的基因”；二是将目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组DNA；三是把重组DNA引入某种细胞；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。 本实验根据绿色荧光蛋白（GFP）的基因序列设计一对引物，用该引物将GFP基因从含GFP基因的质粒中扩增出来。再利用双酶切切开表达载体pET23b 和目的基因的两端接头，通过T4连接酶GFP基因与表达载体重组。将含GFP 基因的重组表达载体导入宿主菌BL21(DE3),在IPTG的诱导下，使GFP基因表达 三.实验材料及仪器 1、实验材料：含有GFP的质粒；DNA Marker；DH5α；BL21； 2、仪器：恒温培养箱、超净工作台、恒温摇床、制冰机、台式离心机、涡旋振荡器、冰箱、电泳仪、透射仪、PCR仪、PCR管、刀片、玻璃涂棒、酒精灯、无菌牙签、吸水纸、微型离心管、台式冷冻离心机、塑料手套、1.5ml离心管。 四.实验内容 4.1 质粒的提取、酶切及电泳鉴定： 1)实验试剂：LB培养基；溶液Ⅰ；Tris-HCl（pH=8）；溶液Ⅱ；溶液Ⅲ； 酚/氯仿抽提液；无水乙醇；电泳缓冲液；加样缓冲液；GoldView核酸 DNA 染色剂；1%的琼脂糖凝胶；XhoⅠ(10U/μl)；NdeⅠ（10U/μl）；T 4 lisase。 2)实验步骤： 质粒的提取与鉴定
绿色荧光蛋白(GFP)原核表达情况分析 姓名：韩吉梅学号：2013107001 专业：作物栽培学与耕作学 摘要：将含有绿色荧光基因的重组载体导入大肠杆菌中,经IPTG诱导产生大量融合蛋白,用SDS-PAGE来确定目的蛋白的可溶性及其分子量。考马斯亮蓝染色4小时再过夜脱色，观察目的蛋白的分子量大约为31.9kD,与预期值相符。 关键字：绿色荧光蛋白SDS-PAGE 原核表达 1 前言 绿色荧光蛋白（green fluorescent protein GFP) 是源于多管水母属等海洋无脊椎动物的发光蛋白，其在蓝光或紫外光下可发出明亮的绿色荧光，可以作为报告基因检测蛋白的特异性表达或进行细胞定位研究。绿色荧光蛋白还在监测目的基因表达、研究细胞内物质代谢及追踪细胞系的分化等方面有着广泛应用。由于GFP检测具有高灵敏度,操作简单,无需使用同位素等优点,近年来广泛用于基因的表达与调控、蛋白质的定位、转移以及相互作用、信号传递、转染与转化,以及细胞的分离与纯化等研究领域[1-2]。采用GFP作为标记基因,可直接收集转化细胞供实验,缩短了筛选时间、减少对细胞活性的影响并可作为活体标记,为研究发育的基因调控和分子机制提供了一种简洁有
效的手段[3-4]。同时也正因为其荧光反应不是酶反应,所以当细胞本身还存在一些可以受蓝光激发和产生绿色荧光的物质,或者GFP表达频率不高的情况下,GFP的检测可能会产生一些假相,不易对荧光进行定量的测定。我们利用基因工程手段在大肠杆菌中高效的表达了GFP,制备出GFP抗体,利用抗原与抗体之间的特异性,在体外对GFP进行检测,可在一定程度上弥补上述GFP检测中可能出现的问题,可以作为一种重要的辅助手段用以提高GFP检测的灵敏度和准确度[5]。 原核表达是将克隆基因插入合适载体后导入大肠杆菌，用于表达大量蛋白质的方法。选用原核表达系统的原因是易于生长和控制、用于细菌培养的材料不及哺乳动物细胞培养的材料昂贵、有各种各样的大肠杆菌菌株及与之匹配的具各种特性的质粒可供选择。但是在大肠杆菌中表达的蛋白由于缺少修饰和糖基化、磷酸化等翻译后加工，常形成包涵体而影响表达蛋白的生物学活性及构象。包涵体是在某些生长条件下，大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子，它们致密地集聚在细胞内，形成被膜包裹的结构，具有水不溶性的特点。本实验主要是通过SDS-PAGE来检测绿色荧光的原核表达情况。 2 材料与方法 2.1 材料 30%分离胶贮液分离胶缓冲液（Tris-HC l缓冲液pH8.9）浓缩胶贮液浓缩胶缓冲液10%SDS 20%过硫酸铵（AP）染色液脱色液1×SDS上样缓冲液1×Tris-甘氨酸电泳缓冲液四甲基乙二
绿色荧光蛋白的研究现状与应用 【摘要】绿色荧光蛋白（GFP）最早发现于水母体中，是一种十分重要的蛋白质。由于其众多的优点，现已在分子生物和细胞生物的研究中应用十分广泛。随着技术的进步和研究的进一步深入，GFP基因也在许多其他方面将发挥着越来越重要的作用。 【关键词】绿色荧光蛋白；生色团；报告基因 2008年10月8日，瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会授予三位科学家：日裔美国科学家下村修(Osamu Shimomura)、美国科学家马丁?查尔非(Martin Chalfie)和美国华裔科学家钱永健(Roger Y．Tsien)诺贝尔化学奖，以表彰他们在绿色荧光蛋白(GFP)研究方面做出的突出贡献。 1 绿色荧光蛋白的理论研究 1.1绿色荧光蛋白的发现 绿色荧光蛋白最早于1962年在维多利亚多管发光水母体内被发现，同时它也存在于水螅和珊瑚等腔肠动物体内。它的内源基团可以在蓝光或紫外光激发下发射绿光，属于生物发光蛋白。绿色荧光蛋白在水母体内之所以能发光，主要依靠水母素的辅助。水母素和GFP之间能发生了能量转移，在钙的刺激下，其能量可转移到GFP，刺激GFP发光。 1.2绿色荧光蛋白的结构和发光原理 1992年Prasher等克隆了GFP基因的cDNA并分析了其一级结构。野生型GFP基因组全长2600bp，由3个外显子和2个内含子组成，编码238个氨基酸，分子量约28kDa。GFP的三维立体结构是由11个β折叠围在四周形成一个中空的圆柱体，1条α折叠贯穿在圆柱体的中间，其中有一段位于65-67位的3个氨基酸残基（Ser-Tyr-Gly）形成的杂环咪唑啉结构组成生色团，位于圆筒中央并附着在α螺旋上。绿色荧光蛋白的发光原理是位于氨基酸第65位的Ser的羧基和67位的Gly的酰基经过亲核反应生成咪唑基，66位的Tyr通过脱氢使芳香团与咪唑基结合，形成对羟基苯甲酸咪唑环酮生色团发出荧光。GFP的最大和次大的激发波长分别是395nm和475nm。溶液中，395nm激发的荧光发射峰在508nm，375nm激发的荧光发射峰在503nm。 1.3绿色荧光蛋白的优点 绿色荧光蛋白的独特之处即它的优点很多，主要有：荧光反应不需要底物和任何其他辅助因子，只需要在蓝光和紫外光下照射，利用荧光显微镜甚至是直接用肉眼就可以观察，易于检测且灵敏度高；荧光性质稳定，对光漂白有较强的耐受性；无毒害，转化后细胞仍可连续传代；通用性好，无种属特异性；分子量小，易于构建载体；不受假阳性干扰，结果真实可靠；可进行活细胞定时定位观察；易于得到突变体。 2 绿色荧光蛋白的应用 1994年Chalfie等首次在大肠杆菌细胞和线虫中表达了GFP，开创了GFP 应用研究的先河。也正是由于绿色荧光蛋白的许多优点，使得其应用十分广泛。 2.1作为报告基因 GFP通常用作报告基因，可用来检测转基因效率，把GFP基因连接到目的基因的启动子之后，通过测定GFP的荧光强度就可以对该基因的表达水平进行检测。GFP最显著的优势是荧光反应不需要底物和其他辅助因子。有利必有弊，
绿色荧光蛋白（GFP）的转化表达及免疫印迹检测 王媛0811142 南开大学生命科学学院生物技术08级 一、摘要： 本实验利用酶切方法检测载体中所含GFP片段后，通过转化的方法把绿色荧光蛋白（GFP）外源基因转入大肠杆菌进行表达，通过免疫印记杂交方法（western blotting）分析GFP在大肠杆菌中的表达，在分离检测的全过程中（转化平板，细胞裂解，电泳，电转移），均可通过紫外灯清晰地检测到颜色亮丽的绿色荧光蛋白。 关键词：绿色荧光蛋白免疫印记杂交 二、引言： 绿色荧光蛋白是一种源于水母(Aequorea Victoria)等海洋无脊椎动物的蛋白，分子量为26.9KD。GFP的开放阅读框架长度约为740bp，编码238个氨基酸残基。GFP表达后折叠环化，在氧存在下，由65～67位的氨基酸残基环化，形成发色基团，无需添加任何酶和底物，在长紫外或蓝光激发下就能发荧光，荧光性质稳定，可保持10分钟。GFP能在不同的细胞内稳定表达，无种属、组织和位置特异性，对细胞无毒性且检测方法简单，将其作为报告基因已广泛应用于细胞生物学和分子生物学领域。 免疫印记又称蛋白质印记，是在凝胶电泳技术和固相免疫测定技术基础上发展起来的一种免疫检测技术。其原理是将膜与胶放在中间，上下加滤纸数层，做成“Sandwich”样的转移单位，并且保证带负电的蛋白质向阳极转移，即膜侧连接阳极或面向阳极，从而将电泳分离的蛋白从凝胶转移至固相载体上。 三、实验材料、仪器及方法： 3.1 实验材料 3.1.1 菌种 E.coli DH5α(pETH)菌株 E.coli DH5α(pETH-GFP)菌株 E.coli BL21菌株 E.coli BL21 (pETH)菌株E.coli BL21 (pETH-GFP）)菌株 3.1.2 试剂与材料 LB培养基（自己配置灭菌）Amp（100mg/ml）IPTG(10mg/ml) CaCl2(1M) 50*TAE Acry/Bis 贮存液分离胶缓冲液浓缩胶缓冲液泳动缓冲液（5*）上扬缓冲液（5*）转移缓冲液PBS 1.5% A.P.S 质粒小量提取试剂盒Eco RI限制性内切酶DNA Maker Protein Maker pH试纸 3.1.3 仪器 紫外检测仪、超声波细胞粉碎机、垂直板式电泳系统、半干式蛋白质印迹电转移系统等。3.2 实验方法 1、配置LB培养基，包括液体、固体培养基后灭菌；分别接种pETH-GFP/DH 5α（LA 4ml）一支，pETH/DH 5α(LA 4ml)一支，BL21（LB 4ml）四支 2、按照protocal,利用tiangen质粒提取试剂盒分别提取pETH-GFP/DH 5α、pETH/DH 5α质粒后，按照酶切体系混匀后，至于37℃温箱酶切2h。 3、制备0.8%琼脂糖凝胶，20ml每块，加入适量EB，按照点样顺序点样后，60V恒压电泳，约0.5~1h.后，凝胶自显影拍照（胶图见后面实验结果） 4、取40μlBL21菌液接种于4mlLB，37℃，200rpm，约2.5h,此时OD600=0.3~0.5，利用氯化钙法制备感受态细胞，制备完成至于冰上备用。 5、铺制平板，1块LB，4块LA，冷却凝固后于37℃倒置烘干备用。其中两块LA平板上面涂布IPTG（100μl+100μl水），正置备用。 6、按照阴性对照、空白对照、GFP基因转化表达、GFP基因的转化四组分别进行转化，涂板，37℃倒置过夜培养，紫外灯下观察，呈绿色荧光的单菌落即为转化子。记录各板菌落数
■通信作者 E mail :baxiaoge1957@yahoo .com .cn 绿色荧光蛋白GFP 的研究进展及应用 吴沛桥1 ,巴晓革 2■ ,胡海1,赵静 1 (1.南京农业大学生命科学学院,南京210095;2.山东药品食品职业学院,威海264210) 摘要:源于多管水母属等海洋无脊椎动物的绿色荧光蛋白(GFP ),是一种极具应用潜力的标记物,有着 极其广泛的应用前景。我们就GFP 的理化性质、荧光特性、改进和应用研究进行了综述。 关键词:绿色荧光蛋白(GFP );标记物;荧光特性;进展;改进;应用 中图分类号:Q51,503;R318 文献标识码:A 文章编号:1672-6278(2009)01-0083-04 Research Progress and Application of Green Fluorescent Protein WU Peiqiao 1 ,BA Xiaoge 2 ,HU Hai 1 ,ZHAO Jing 1 (1.Nanjing Agricultu ral University ,College of Life Science ,Nanj ing 210095,China ; 2.Shandong Drug and Food V ocatio nal College ,W eihai 264210,China ) A bstract :The green fluorescent protein (GFP )from the jellyfish Aequorea vietoria is a great potential for application of the marker ,has a wide range of applications .The article on the physical and chemical properties ,the fluorescence characteristics ,improvement and application of GFP are reviewed . Key words :Green fluorescent protein ;Marker ;Fluorescence characteristics ;Progress ;Improvement ;Application 1 引 言 发光是海洋无脊椎动物中普遍存在的现象,一些腔肠动物包括水母、水螅和珊瑚等受到机械性干扰时都可发射绿色荧光,而栉水母类发射蓝色荧光。绿色荧光蛋白(Green fluorescent pr otein ,GFP )是一类存在于这些腔肠动物体内的生物发光蛋白。1962年Shimomura 等 [1] 首先从多管水母(Ae quoria victoria ) 中分离出一种分子量为20kD 的称为A equorin 的蛋白。由于水母整体荧光及提取的蛋白质颗粒荧光都呈绿色,因此,人们将这种蛋白命名为绿色荧光蛋白。随后,人们从不同动物体内提取出了各种不同的GFP ,其中研究较为深入的是来自多管水母科(Aequorleidae )和海紫罗兰科(Renillidae )的GFP ,即 Ae quoria GFP 和Renilla GFP 。 2 GFP 的理化性质,荧光特性及其改进 2.1 GFP 的理化性质 从水母体内分离到的GFP 基因,长达2.6kD ,由 3个外显子组成,分别编码69、98和71个氨基酸。GFP 本身是一种酸性,球状,可溶性天然荧光蛋白。A equoria GFP 分子量约27×103 ,一级结构为一个由238个氨基酸残基组成的单链多肽;而Renilla GFP 是分子量为54kD 的同型二聚体。两种GFP 有不同的激发光谱,A equoria GFP 在395nm 具有最高光吸收峰,肩峰为473nm ;Renilla GFP 在498nm 具有强烈的光吸收,肩峰为470nm 。两种GFP 含有相同的 生色团,发射光谱基本相同(λmax =508～509nm )。 GFP 性质极其稳定,易耐受高温处理,甲醛固定和石蜡包埋不影响其荧光性质。其变性需在90℃或pH <4.0或pH >12.0的条件下用6mol L 盐酸胍处理,一旦恢复中性环境,或去除变性剂,虽然变性的蛋白质并不能完全复性,但是复性蛋白质同天然蛋白质对温度、pH 变化的耐受性、抗胰蛋白酶消解的能力是相同的。更重要的是,它们在很大的pH 范围内(pH7～12.2)的吸收、发射光谱也是相同的。Renilla GFP 的稳定性就更为显著。它在上述一系列的变性条件下都很稳定,不易变性。根据Sheen 生物医学工程研究 J ournal of Biomedical Engineering Res earch 2009,28(1):83～86
对绿色荧光蛋白的了解及应用 学院：生命科学学院 姓名：马宗英 年级：2011 学号：2011012923
前言 绿色荧光蛋白(green fluorescent protein)，简称GFP，是一种具有奇妙特性的“光学蛋白质”。这种蛋白质从成分和结构上来说，没有丝毫的特殊性，它的组成单元是20种常见的氨基酸，二级结构也是普通的α螺旋和β片层。但是，这种蛋白质却具有一个非常特别的性质——发出绿色荧光。 【关键词】绿色荧光蛋白生命科学应用 一、绿色荧光蛋白 绿色荧光蛋白最早是由下村修等人于1962年在一种学名Aequorea victoria的水母中发现的。其基因所产生的蛋白质，在蓝色波长范围的光线激发下，吸收蓝光的部分能量，发出绿色荧光。 野生型水母GFP的一级序列已由其cDNA序列推导出来[1]，它至少存在4种同源GFP，但这些突变并不影响GFP的基本功能，只是使突变的GFP具有了新的性质。 生色团是GFP发出荧光的物质基础，也是GFP结构中的一个重要组成部分。GFP的生色团位于氨基酸序列64~69位的六肽内,65~67位的丝氨酸、脱氢酪氨酸、甘氨酸通过共价键形成的对羟基苯甲基咪唑环酮是一个独特的、相当稳定的环状三肽结构,构成了GFP生色团的核心[2],见图1。图2为生色团的形成机制。 图1 多管水母中GFP生色团的化学结构和附近序列 图2生色团的形成机制 目前人们对GFP的荧光发光机制并不十分清楚，大家只是认为，GFP是生物发光过程中的能量受体，并且是最终的发光体，不同的生物发光机制各不相同，不同的突变体发光机
制也有很大差异。 二、GFP在生命科学中的应用 1、作为蛋白质标签（protein tagging） 利用绿色荧光蛋白独特的发光机制，可将GFP作为蛋白质标签（protein tagging），即利用DNA重组技术，将目的基因与GFP基因构成融合基因，转染到合适的细胞中进行表达，然后借助荧光显微镜便可对标记的蛋白质进行细胞内的活体观察。由于GFP只有238个氨基酸，相对较小，所以将其与其它蛋白质融合后并不影响自身的发光功能。利用GFP来检测目标蛋白的定位已为我们提供了一种对细胞内的一些基本的生理过程进行更为详尽的观察的新方法。如细胞分裂、染色体复制和分裂、发育和信号转导等过程的研究均是借助绿色荧光蛋白进行标记。 GFP作为蛋白质标签除用于特定蛋白质的标记定位外，还大量用于各种细胞成分的标记如细胞骨架、质膜、细胞核等等。曾经有人将GFP融合到大肠杆菌细胞膜表面用作标记蛋白，这将有助于提高多肽库的筛选效率、疫苗的研制、构建细胞生物传感器用作环境监测以及探测信号转导过程等等，以上都可以为传统生物学研究提供新思路和新方法。 2、药物筛选 利用细胞表面标记,通过流体细胞分光光度计或荧光活化细胞筛选仪,可以分离与纯化特殊类型的细胞;同时还可利用不同颜色GFP衍生物标记相关蛋白质,来观察在单细胞内相互作用的靶细胞,再借助于荧光激活细胞分离器、等聚焦显微镜分离出目的细胞,从而可方便地用于大规模筛选新的药物。 另一方面，利用GFP来进行药物筛选由于必须与迁移的信号分子相偶联的限制，其筛选容量相对较低，但是由于GFP在细胞内的穿透性强及独特的发光机制，因而在药物筛选中具有相当大的应用潜力。 3、用于免疫学 可采用基因工程的方法生产GFP标记抗体，以取代传统的免疫学标记方法，建立一种简便、快速的免疫诊断新技术。相比于一般的标记物，GFP对光稳定、对抗体的标记率可达100%，而且因为GFP是直接与抗体结合，所以无需添加任何底物，可以避免非抗原抗体结合的背景干扰等。 线粒体中表达的GFP是研究比较成功的一种小分子抗体，因为它可以在宿主细胞内大量表达，易于基因工程操作，尤其易于构架抗体融合蛋白。因融合抗体具有与抗原结合及发射荧光两种特性，故这一人工分子可用做免疫染色的检测试剂，直接应用于流式细胞仪和免疫荧光的标记及肿瘤的检测等等。 在制备抗体时，为便于表达蛋白的分离纯化，一般在单链抗体的N端或C端插入一6×His 序列，便于用Ni-NTA亲和层析柱纯化目标蛋白。但这一技术也存在一些问题，由于抗体分子内存在二硫键，而在原核表达系统内由于抗体不能正确折叠，容易形成包涵体，表达出来的目标蛋白无活性，需要在氧化还原体系中进行复性。但近来也有报道在动物细胞细胞质中成功表达出具有抗原结合活性的单链抗体，若能成功解决融合抗体的表达问题，则在免疫染色及肿瘤检测这一领域融合抗体将扮演极为重要的角色。 除了以上应用之外，绿色荧光蛋白还普遍应用于跟踪观察微生物、发育机理研究、细胞筛选以及生物传感器等许多生命科学研究中。 三、GFP的突变及其应用 GFP作为一种新型标记物，正受到科学界的广泛关注，而且野生型的GFP也不断地在被改造，著名的生物学家钱永健所完成的单点突变(S65T) 显著提高了GFP的光谱性质,其荧
绿色荧光蛋白的分子生物学 及其应用 吴琦 四川农业大学 二○○九年十二月
2008年诺贝尔化学奖获得者及其贡献下村修，日本人，名古屋大学理学博士毕业后赴美，先后在美国普林斯顿大学、波士顿大学和伍兹霍尔海洋生物实验所工作。1962 年从一种水母中发现了荧光蛋白，被誉为生物发光研究第一人。钱永健，美籍华裔，现为美国加州大学圣迭戈分校生物化学及化学系教授、美国国家科学院院士、国家医学院院士，2004年沃尔夫医学奖得主。其主要贡献在于利用水母发出绿光的化学物来追查实验室内进行的生物反应，他被认为是这方面公认的先驱。马丁·沙尔菲，美国哥伦比亚大学生物学教授，他获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用，这一技术被广泛运用于生理学和医学等领域 。
1962年Shimomure 等首先从维多利亚水母(Aequorea Victoria )中分离出了GFP (Green-Fluorescent Protein) 。绿色荧光蛋白的研究史 维多利亚水母 (Aequorea Victoria)
A test tube containing a sample of a cyan (greenish-blue) fluorescent protein from a sea anemone illuminated by ultra-violet light from below.
绿色荧光蛋白的研究史 1992年Prasher等克隆了GFP基因的cDNA，并分析了GFP 的一级结构。
绿色荧光蛋白的研究史 1994年Chalfie等首次在大肠杆菌细胞和线虫中表达了GFP，开创了GFP应用研究的先河。
知识介绍 绿色荧光蛋白 马金石 (中国科学院化学研究所 北京 100190) 摘 要 绿色荧光蛋白是46多年前从多管水母体内发现的,它可以在蓝光或紫外光激发下发射绿光。 由于它稳定的结构和光物理性质,又易于在细胞内表达,近些年作为标记物已经被广泛地应用于生命科学领 域。本文简要介绍了水母发光蛋白与绿色荧光蛋白的关系、绿色荧光蛋白的结构、发色团的形成、发光机制、变异体以及它的特点和应用。 关键词 绿色荧光蛋白 基因表达 结构 发色团 生物发光 Green Fluorescent Protein Ma Jinshi (Insti tute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190) Abstract Green fluorescent protein(GFP)was discovered46years ago from A equorea V ictoria,it can emit green light under exci tation of blue or UV irradiation.GFP as a marker for gene expression and localization of gene products has been widely used in life sciences for the past years because of its stable structure and photophysical property and easy expression in cells.A brief introduction on the relationship of aequorin and GFP,GFP structure,chromophore formation,and the mechanism of bioluminescence,also the variants,characteri stic and application are presented in this paper. Keywords Green fluorescent protein,Gene expression,Structure,Chromophore,Bioluminescence 由于对绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)的发现、机理研究以及利用做出的特殊贡献,瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会将2008年度诺贝尔化学奖授予美国科学家下村修(Osamu Shimomura)、马丁 沙尔菲(Martin Chalfie)和美籍华裔化学家钱永健(Roger Y Tsien)。 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作了改造,通过改变其氨基酸排序合成出了能吸收、发射不同颜色(蓝色、蓝绿色和黄色)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。 我国在生命科学领域已经广泛应用GFP,对它的介绍和应用的文章也有很多[1~6]。国外的综述可阅读钱永健和Zimmer的文章,最新的是Shaner等的文章[7~9]。化学界对它的了解可能较少,在此做个简单介绍。 1 生物发光与水母 先从生物发光说起,生物体的发光现象称为生物发光。植物界有细菌植物门的发光细菌和真菌植物门的发光蘑菇,动物界从原生动物到脊椎动物都有,脊椎动物中主要是鱼类。从发光生物的分布来 2008 10 25收稿,2008 11 04接受
动物医学进展,2008,29(1):56259 Progress in Veterinary Medicine 绿色荧光蛋白研究进展 王晓丽1,邵卫星2,单 虎13 (1.青岛农业大学动物科技学院,山东青岛266109;2.中国动物卫生与流行病学中心,山东青岛266071) 摘 要:来源于海洋多管水母属的绿色荧光蛋白(GFP)基因是目前惟一在细胞内稳定表达,在蓝光或长紫外光的激发下,不需要任何反应底物及其他辅助因子就能发出绿色荧光的新型报告基因,无种属、组织和位置特异性,且能监测基因表达、信号转导、共转染、蛋白运输与定位,以及细胞系谱分类等。GFP对细胞无毒性,且检测方法简单,结果真实可靠,目前在多种原核和真核生物研究中得到广泛的应用。文章就GFP 的生化特性、GFP的改进及其在分子生物学研究中的应用潜力进行简要阐述。 关键词:绿色荧光蛋白;选择标记基因;应用 中图分类号:Q516文献标识码:A文章编号:100725038(2008)0120056204 随着生命科学和医学研究的不断深入,研究者们迫切需要一种能够在活体中表达且易于检测的报告基因,目前常用的报告基因主要有分泌型胎盘磷酸酯酶(secreted embryo alkaline p ho sp hatase, SEA P)基因、β2半乳糖苷酶(galactosidase)基因、β2葡糖苷酸酶(glucosidase,GU S)基因、萤火虫荧光素酶(luciferase,L UC)基因等[1],但这些基因的检测方法并不理想,它们都需要底物和辅助因子,因而在活体中的应用受到限制。一种全新的非酶性报告基因———绿色荧光蛋白(green fluorescent p rotein, GFP)引起了人们的关注[2],该蛋白能够自身催化形成发色结构并在蓝光激发下发出绿色荧光。作为报告基因,GFP是能在活细胞中表达的发光蛋白;作为荧光标记分子,GFP既具有敏感的标记检测率, 收稿日期:2007210218 作者简介:王晓丽(1981-),女,山东威海人,硕士研究生,主要从事预防兽医学研究。3通讯作者 [19] Mammina C,Pontello M,Dal Vecchio A,et al.Identigica2 tion of Shigella sonnei biotype g isolates carrying class2inte2 grons in Italy(200122003)[J].J Clin Mirobiol,2005,43: 246722470.[20] Mammina C,Aloe A,Romani C,et al.Shigella sonnei bio2 type G carrying class2integrons in sout hern Italy:a retro2 spective typing study by pulsed gield gel electrophoresis[J]. BMC Infect Dis,2006,(6):117. Advance in G ene C assett2Integron System of B acteria WEI Shu2yong1,WU Deng2hong1,L IU Shi2dong2 (1.V eterinary Depart ment,S out hwestern Uni versit y Rongchang Cam pus,Chongqing,402460,China; 2.Forest Enterp rise of L inyi,L inyi,S handong,276000,Chi na) Abstract:Gene cassette is a minor2movable deoxyribonucleic acid(DNA)molecule,and usually is t ran2 scribed wit h a integro n.Integron is a conservative and movable transposon2like DNA element,which can make a horizontal transmission of drug resistance gene and has a great cont ribution on t he diff usion of drug resistance gene among bacteria and t he production of multidrug resistance.Since t he concept of gene cas2 sette and integro was p roduced,new types of integron was detected continuously.At p resent,t hree types of integron were generally accepted and named typeⅠ,typeⅡand typeⅢ.TypeⅠintegron has a more de2 tection and deep research.This article summarizesd t he origin,st ruct ure,categorization,expression,bio2 logical detection and t he relationship between bacterial drug resistance and t he recent advance in gene cas2 sett2integron system of bacteria. K ey w ords:gene cassette;integro;drug resistance
石河子大学 分子生物学实验结课论文 绿色荧光蛋白(GFP)原核表达分析 学生姓名 学号 专业 年级、班级 指导教师 所在学院 中国·新疆·石河子 2016年1月 绿色荧光蛋白(GFP)原核表达分析
摘要：本实验主要探讨目的蛋白（GFP）在大肠杆菌中的表达的情况以及鉴定目的蛋白形成的是包涵体还是可溶性蛋白。本实验先对菌液进行培养、活化、然后采用IPTG分别对其不同时间点的诱导，用SDS-PAGE来确定目的蛋白的可溶性及其分子量，掌握GFP 诱导不同时间的表达情况的检测方法。 关键词：绿色荧光蛋白；SDS-PAGE；原核表达 1 前言 1.1实验目的 掌握聚合酶链式反应(PCR)的原理和操作方法；了解重组载体的构建方法；锻炼学生查阅文献资料、设计与优化实验的能力；加强学生对化学生物学中常用研究方法的认知。 1.2实验背景 绿色荧光蛋白（green fluorescent protein GFP) 是源于多管水母属等海洋无脊椎动物的发光蛋白，其在蓝光或紫外光下可发出明亮的绿色荧光，可以作为报告基因检测蛋白的特异性表达或进行细胞定位研究。与以往lacZ、CAT 等报告基因相比，有很多无可比拟的优越性: GFP 不具有种属依赖性，在多种原核和真核生物细胞中都表达；荧光强度高，稳定性高；不需要反应底物与其他辅助因子，受蓝光激发产生绿色荧光,尤其适用于体内的即时检测；另外GFP 分子量小，易于融合，适用于多种转化方式，对受体无毒害,安全可靠；并且通过替换一些特殊氨基酸，可以使之产生不同颜色的光，从而适应不同的研究需要。正是由于GFP 检测具有高灵敏度，操作简单，无需使用同位素等优点，近年来广泛用于基因的表达与调控、蛋白质的定位、转移以及相互作用、信号传递、转染与转化，以及细胞的分离与纯化等研究领域。绿色荧光蛋白还在监测目的基因表达、研究细胞内物质代谢及追踪细胞系的分化等方面有着广泛应用。采用GFP作为标记基因，可直接收集转化细胞供实验，缩短了筛选时间、减少对细胞活性的影响并可作为活体标记，为研究发育的基因调控和分子机制提供了一种简洁有效的手段。同时也正因为其荧光反应不是酶反应，所以当细胞本身还存在一些可以受蓝光激发和产生绿色荧光的物质，或者GFP表达频率不高的情况下，GFP的检测可能会产生一些假相，不易对荧光进行定量的测定。我们利用基因工程手段在大肠杆菌中高效的表达了GFP，制备出GFP抗体，利用抗原与抗体之间的特异性，在体外对GFP进行检测，可在一定程度上弥补上述GFP检测中可能出现的问题，可以作为一种重要的辅助手段用以提高GFP检测的灵敏度和准确度。 原核表达是将克隆基因插入合适载体后导入大肠杆菌，用于表达大量蛋白质的方法。选用原核表达系统的原因是易于生长和控制、用于细菌培养的材料不及哺乳动物细胞培养的材料昂贵、有各种各样的大肠杆菌菌株及与之匹配的具各种
万方数据
２００４年６月绿色荧光蛋白（ＧＦＰ）研究进展７１ 随着生命科学和医学研究的不断深入，研究者们迫切需要一种能够在活体中表达且易于检测的报告基因，现有的报告基因主要有：分泌型胎盘磷酸酯酶（ｓ秘Ｐ）、Ｂ一半乳糖苷酶（互丑ｃｚ）、８一葡糖苷酸酶（ＧＵＳ）、萤火虫荧光素酶（ＬＵｃ）等，但这些基因的检测方法并不理想，它们都需要底物和辅助因子，因而在活体中的应用受到限制。最近，一种全新的非酶性报告基因——绿色荧光蛋白（ＧＦＰ）引起了人们的关注，该蛋白能够自身催化形成发色结构并在蓝光激发下发出绿色荧光。作为报告基因，ＧＦＰ是目前唯一能在活细胞中表达的发光蛋白；作为荧光标记分子，ＧＦＰ既具有敏感的标记检测率，又没有放射性的危害。最近又发现Ｇ即还是一个良好的细胞间信号传递的动态标记分子，可以跟踪观测第二信使。近来关于ＧＦＰ方面的研究和综述越来越多，但多是针对某一方面的特点或应用，作者将ｃＦＰ基础理论和应用研究进展作一简要综述。 ｌＧＦＰ基础理论研究进展 １．１发展历史 １９６２年蹦ｎ舢ｕ飓等…首先从多管水母属（枷ｒｉａ、ｒｉｃｔｏ． ｒｉａ）中分离出了ｃＦＰ；１９９２年Ｐｒａｓｌｌｅｒ等ｕ３克隆了ＧＦＰ基因的ｃＤＮＡ，并分析了ＧＦＰ的一级结构；１９９４年ｃｈ址ｅ等ｂ３首次在大肠杆菌细胞和线虫中表达了ＧＦＰ，开创了ＧＦＰ应用研究的先河，之后很快发现ＧＦＰ能在多种异源细胞中表达，ＧＦＰ在细胞学、分子生物学和医学、病毒学等领域中迅速掀起了一股热潮；１９９ｒ７年１０月１８—２２日在美国Ｎｅｗ—Ｊ嘲ｙ专门召开了一次关于ＧＦＰ的国际会议。 １．２ＧＦＰ结构、生化特性、发光机制、光谱特性 １．２．１结构 由正常野生型ｃＦＰ（ｗｔＧ即）的ｃＤＮＡ序列推出的蛋白质一级结构，由２３８个氨基酸残基组成，ｓＤ卜ＰＡＧＥ凝胶电泳测定 其分子量为２７—３０ｌ【Ｄ。晶体学证据Ｈ’表明，ＧＦＰ中央是一个Ｂ罐（ｐ一锄）结构。ＧＦＰ的生色团位于“一６９的六肽内。生色团在翻译后２—４ｈ内自动催化形成，并且ＧＦＰ在合成后需经过一定的折叠过程形成正确的构象后才有功能。ＧＦＰ生色团的形成需要Ｑ，使６６位氨基酸残基的ａ、８键间脱氢，这就意味着ＧｆＰ在严格厌氧条件下不能形成荧光。 １．２．２生化特性 ＧＦＰ在４５０—４９０姗蓝光下最稳定，在３４０—３９０衄或３９５一‰的范围内，会发生光漂白现象；强还原剂如５ｎ蝴Ｎ啦ｓ０４或２ｎ蹦ｆ韬ｑ能使ＧＦＰ转变为非荧光形式，但一旦重新暴露在空气或氧气中，ＧＦＰ荧光便会立即恢复；弱还原剂和中度氧化剂（如生物材料的固定脱水剂戊二酸或甲醛等）对ｃＦＰ荧光影响不大，但ＧＦＰ对某些封片指甲油特别敏感；在离体状态下，Ｇ即对高温（７０℃）、碱性、除垢剂、盐、有机溶剂和大多数普通酶（链霉蛋白酶ｈＤＩ塘∞除外）有较强抗性，ＧＦＰ荧光在ｐｍ．Ｏ一１２．Ｏ时稳定，在ｐＩｌ５．５—７．０时开始受到影响，在高温（＞７０℃）、极端ｐＨ或胍基氯化物条件下，ＧＦＰ会变性，荧光消失，一旦外界条件恢复正常，荧光将部分恢复【５】。 １．２．３发光机制 目前对ＧＦＰ的荧光发光机制还不清楚，Ｍ（Ｈｉ∞等人曾提出一个能量传递模式图来解释水母的发光机制，但并未获得认同。ｃＩＩ砒嘶等怕。对ＧＦＰ进行了光谱分析，结合前人工作提出，ＧＦＰ有两个明显的吸收带，对应于ＧＦＰ的两种不同构象的基态Ａ和Ｂ。基态Ａ对应于３９５姗的吸收峰，基态Ｂ对应于４７５姗的吸收峰，基态Ａ占优势，基态Ｂ的分子数量约是基态Ａ的１，６，两种基态间能缓慢地转换，但激发态（＊）之间的转换很快且发生了质子转移，Ａ。快速高效地衰变至另一激发态，应该存在一个中间过度态Ｉ，质子转移使Ａ。转变成Ｉ。，Ｉ’回迁到基态Ｉ时产生发射峰５０４姗的荧光，构象改变使Ｉ’转变成Ｂ。，由Ｂ。到Ｂ发射荧光而不发生质子转移。目前，对于ＧＦＰ的作用机理较为认同的仅仅是：ＧＦＰ是生物发光过程中的能量受体，并且是最终的发光体，不同的生物发光机制各不相同，不同的突变体发光机制也有很大差异。 收稿日期：２００３—０９—２５：修回日期：２００３一１２二１５ 基金项目：生活垃圾及农业废气物处理技术与示范工程项目（２００２从６０１０１２—０２） 作者简介：汪恒英（１９７９一），女，硕士生，专业方向为环境工程，ＥｒＩｌ８ｉｌ：ｗｈ∞舀ｒＩｇ＠ｙａｈ∞．Ⅻ；。通讯联系人（ＡｕｔＩｌ∞ｈ∞Ｔｅ叩‘ｘＩｄｅＩｌｃｅ）。 １．２．４光谱特性 ｗ蚓ＦＰ的光谱是所有ＧＦＰ中最复杂的，其荧光激发主峰在３９５ｎｍ，在４７５砌处有一个峰高仅为主峰１，３的小峰。溶液 中，３９５咖激发的荧光发射峰在５０８锄。４７５砌激发的在５０３姗，这类ＧＦＰ的生色团至少由两种不同的化学组分组成，即中性酚和阴离子酚。４７５姗峰随ＧＦＰ分子生色团的去质子化或阴离子生色团的增加而增加，３９５砌则随着ＧＦＰ分子生色团的质子化或中性生色团的增加而增加。野生型ＧＦＰ在室温或低于室温下表达时，Ｇ即几乎都能正确而快速地折叠，但高于室温时，折叠速度却剧烈下降，这种温度的敏感性无碍于水母。因为在它们的生活环境中是不可能遇到温水的，但ＧＦＰ折叠受温度影响却限制了ＧＦＰ的应用；另外，栅具有两个激 发峰的光谱，在应用中也是弊大于利。因此，为拓宽ＧＦＰ的应用，有必要根据不同的用途，对ｗｔＧＦＰ进行适当的改造。 １．３Ｇ卯的改进 目前主要通过以下几个途径得到突变体ＧＦＰ【引：更换ＧＦＰ生色团氨基酸；改变碱基组成；除去ＧＦＰ基因中隐蔽剪接位点；插入植物内含子；更换强启动子等。突变体ＧＦＰ增加了荧光强度和热稳定性，促进了生色团的折叠，其荧光特性也得到了改善，甚至出现红色、黄绿色、蓝色等多种颜色的荧光蛋白，大大拓宽了ＧＦＰ研究的领域。以下是ＧＦＰ突变体的部分典型代表。（１）增强型ｃ即：Ｇｌ】ｏｈｏｎ等将Ｓｅｒ６５用ｍ替代，ＰＩ蒯用ＩＪｅｕ替代，使ｃＦＰ的荧光强度提高了３５倍，而且激发后１６—２４ｈ后仍可稳定地测定荧光；（２）人工ＧＦＰ：刻咖ｋｌｌｉｎ等哺１改变了栅基因编码区中８８个密码子中的９２个碱基而用人类 基因组中常用的密码子代替，将ＧＦＰ的荧光强度提高２２倍，适合在哺乳动物细胞中高效表达；（３）红移荧光蛋白（ＲＳＦＰ）：ＨｅｉＩＩｌ等旧１将ｗｔＧＦＰ中的ｓｅｒ６５用７ｎｌｒ替代，得到突变体．Ｓ６５Ｔ—ＧＦＰ，激发谱中只有一个峰，且红移至４９０姗，用蓝光即可激发ＲＳＦＰ，使之更适于普通荧光显微镜（订ｒｃ）观察；（４）蓝色荧光蛋白（ＢＦＰ）：双突变体Ｙ６６Ｈ，Ｙ１４５一划能在３８１呦光的激发下产生４４５砌的蓝光，这种蓝光还能进一步激发ＧＦＰ产生绿光，即发生荧光共振能量转移（耶回）现象，为不同蛋白质之间及细胞器之间的相互作用研究开辟了更为广阔的视野。 除以上类型的ＧＦＰ突变体以外，人们还通过定点突变得到了一些可用作指示剂的ＧＦＰ突变型如：ｐＨ敏感ＧＦＰ，可被用来测量细胞器或更小颗粒的ｐＨ值，并记录其变化，最近又有报道利用靶人了水母ＧＦＰ基因的丝蛋白昆虫病毒，感染蚕的幼虫，用改造的基因取代了蚕的正常基因，当蚕吐丝时，这种 丝是一种能在黑暗中发绿色荧光的纤维。 ２卿应用研究进展 ２．１应用特点 ＧＦＰ这一新型报告基因，在短短几年时间内就得到了众多研究者的青睐，其原因就在于它具有以下优点： （１）检测方便：因为ＧＦＰ荧光反应不需要外加底物和辅助因子，也就不存在这些物质可能难于进入细胞的问题，只需紫外光或蓝光激发，即可发出绿色荧光，用荧光显微镜甚至肉眼就可以观察到，且灵敏度高，对于单细胞水平的表达也可识别。 （２）荧光稳定：ＧＦＰ对光漂白有较强的耐受性，能耐受长时间的光照；ＧＦＰ在ｐｍ一１２范围内也能正常发光；对高温（７０℃）、碱性、除垢剂、盐、有机溶剂和大多数普通酶（链霉蛋白酶Ｐｂ驯雠除外）都有较强抗性。 （３）无毒害：从目前的研究结果来看，ＧｆＰ对生活的细胞基本无毒害，对目的基因的功能也没有影响，转化后细胞仍可连续传代。 （４）共用性和通用性：首先表现在ＧＦＰ的表达几乎不受种属范围的限制，在微生物、植物、动物中都获得了成功的表达；其次是ｃＦＰ没有细胞种类和位置上的限制，在各个部位都可以表达发出荧光。 （５）易于构建载体：由于ＧＦＰ分子量较小，仅为２７—３０如，编码ＧＦＰ的基因序列也很短，为２．６ｌ【ｂ，所以很方便地同其它序列一起构建多种质粒，而不至于使质粒过大影响转化频率。 （６）可进行活细胞定时定位观察：对活细胞中蛋白的功能研究，更能接近自然真实的状态。通过ＧＦＰ可实时观察到外界信号刺激下，目的蛋白的变化过程，借助于近来广泛使用的 万方数据