绿色荧光蛋白科技名词定义
中文名称：绿色荧光蛋白英文名称：green fluorescence protein;GFP;green fluorescent protein 定义1：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。应用学科：生物化学与分子生物学〔一级学科〕；方法与技术〔二级学科〕定义2：最初从水母〔Aequorea victoria〕体内发现的发光蛋白。含有发光团，在不同物种中均能稳定发出荧光，其基因是常用的报道基因。应用学科：细胞生物学〔一级学科〕；细胞生物学技术〔二级学科〕以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
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绿色萤光蛋白(green fluorescent protein)，简称GFP，这种蛋白质最早是由下村修等人在1962年在一种学名Aequorea victoria的水母中发现。其基因所产生的蛋白质，在蓝色波长范围的光线激发下，会发出绿色萤光。这个发光的过程中还需要冷光蛋白质Aequorin的帮助，且这个冷光蛋白质与钙离子(Ca2+)可产生交互作用。
目录
根本介绍什么是绿色荧光蛋白
绿色荧光蛋白有什么用呢
GFP性质
发现过程
GFP应用骨架和细胞分裂
细胞器动力学和泡囊运输
发育生物学
生物技术中的应用研究
GFP在肿瘤发病机制研究中的应用
在信号转导中的应用
光伏发电
神经生物学
其他应用
GFP vectors and technology
Other Interesting GFP Link
应用前景
获得诺贝尔奖根本介绍什么是绿色荧光蛋白
绿色荧光蛋白有什么用呢
GFP性质
发现过程
GFP应用骨架和细胞分裂
细胞器动力学和泡囊运输
发育生物学
生物技术中的应用研究
GFP在肿瘤发病机制研究中的应用
在信号转导中的应用
光伏发电
神经生物学
其他应用
GFP vectors and technology
Other Interesting GFP Link
应用前景
获得诺贝尔奖
展开编辑本段根本介绍
由水母Aequorea victoria中发现的野生型绿色荧光蛋白科学家在线形虫体内植入绿色荧光蛋白质
，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，在可见光绿光的范围下是较弱的位置。由海肾(sea pansy)所得的绿色荧光蛋白，仅有在498nm有一个较高的激发峰点。在细胞生物学与分子生物学领域中，绿色荧光蛋白基因常被用作为一个报导基因(reporter gene)。一些经修饰过的型式可作为生物探针，绿色荧光蛋白基因也可以克隆到脊椎动物(例如:兔子上进展表现，并拿来映证某种假设的实验方法。2022年10月8日，日本科学家下村修〔伍兹霍尔海洋生物学研究所〕、美国科学家马丁·查尔菲〔哥伦比亚大学〕和钱永健〔加利福尼亚大学圣迭戈分校〕因为发现和改造绿色荧光蛋白而获得了当年〔2022〕的诺贝尔化学奖。在2022年的诺贝尔化学奖上，绿色荧光蛋白成了主角。诺贝尔奖委员会将化学奖授予美籍日裔科学家下村修、美国科学家马丁·沙尔菲和美籍华裔科学家钱永健三人，以表彰他们发现和开展了绿色荧光蛋白质技术。在诺贝尔奖新闻发布会的现场，发言人取出一支试管，置于蓝光灯之下，只见这支试管中的物质发出了绿色荧光……
什么是绿色荧光蛋白
绿色荧光蛋白分子的形状呈圆柱形，就像一个桶，负责发光的基团位于桶中央，因此，绿色荧光蛋白可形象地比喻成一个装有色素的“油漆桶〞。装在“桶〞中的发光基团对蓝色光照特别敏感。当它受到蓝光照射时，会吸收蓝光的部分能量，然后发射出绿色的荧光。利用这一性质，生物学家们可以用绿色荧光蛋白来标记几乎任何生物分子或细胞，然后在蓝光照射下进展显微镜观察。本来黑暗或透明的视场马上变得星光点点——那是被标记了的活动目的。对生物活体样本的实时观察，在绿色荧光蛋白被发现和应用以前，是根本不可想象的。而这种彻底改变了生物学研究的蛋白质，最初是从一种广泛生活于太平洋海域的发光水母体内别离得到的。在大自然中，具有发光才能的生物有不少，萤火虫是陆地上最为我们所熟悉的发光生物，我国古代还有“捕萤数百入囊内照明夜读〞的佳话。在海洋里，某些水母、珊瑚和深海鱼类也有发光的才能。特别是有的肉食性鱼类专门靠一条闪着荧光的触角来把其他小鱼吸引到自己的嘴边，?海底总发动?里就有这种鱼。事实上，大多数发光动物能发光是靠两种物质——荧光素和荧光素酶——合作产生的结果。不同发光生物的荧光素和荧光素酶构造是不一样的。因此，这些生物的发光本领只能是它们自己的“专利〞。20世纪60年代，一位日本科学家从美国西岸打捞了大量发光水母，带回位于华盛顿州的实验室进展研究。这些水母在受到外界的惊扰时会发出绿色的荧光，这位科学家希望找到这种水母的荧光素酶。然而，经过长期的重复努力，居然毫无收获。他大胆地假设，这种学名叫Aequorea victoria的水母能发光也许并不是常规的荧光素/荧光素酶原理。他想，可能存在有另一种能产生荧光的蛋白。此后，他进展了更多的实验，终于搞清楚了这种水母的特殊发光原理。原来，在这种水母的体内有一种叫水母素的物质，在与钙离子结合时会发出蓝光，而这道蓝光未经人所见就已被一种蛋白质吸收，改发绿色的荧光。这种捕获蓝光并发出绿光的蛋白质，就是绿色荧光蛋白。这位日本科学家也因为这项发现，获得了刚刚颁发的诺贝尔化学奖，他
就是日本科学家下村修。
绿色荧光蛋白有什么用呢
绿色荧光蛋的发光机理比荧光素/荧光素酶要简单得多。一种荧光素酶只能与相对应的一种荧光素合作来发光，而绿色荧光蛋白并不需要与其他物质合作，只需要用蓝光照射，就能自己发光。在生物学研究中，科学家们常常利用这种能自己发光的荧光分子来作为生物体的标记。将这种荧光分子通过化学方法挂在其他不可见的分子上，原来不可见的部分就变得可见了。生物学家一直利用这种标记方法，把本来透明的细胞或细胞器从黑暗的显微镜视场中“纠出来〞。传统的荧光分子在发光的同时，会产生具有毒性的氧自由基，导致被观察的细胞死亡，这叫做“光毒性〞，因此，在绿色荧光蛋白发现以前，科学家们只能通过荧光标记来研究死亡细胞静态构造，而绿色荧光蛋白的光毒性非常弱，非常适宜用于标记活细胞。然而，绿色荧光蛋白被发现20多年后，才有人将其应用在生物样品标记上。1993年，马丁·沙尔菲成功地通过基因重组的方法使得除水母以外的其他生物(如大肠杆菌等)也能产生绿色荧光蛋白，这不仅证实了绿色荧光蛋白与活体生物的相容性，还建立了利用绿色荧光蛋白研究基因表达的根本方法，而许多现代重大疾病都与基因表达的异常有关。至此，生物医学研究的一场“绿色革命〞揭开了序幕。后来，美籍华人钱永健系统地研究了绿色荧光蛋白的工作原理，并对它进展了大刀阔斧的化学改造，不但大大增强了它的发光效率，还开展出了红色、蓝色、黄色荧光蛋白，使得荧光蛋白真正成为了一个琳琅满目的工具箱，供生物学家们选用。目前生物实验室普遍使用的荧光蛋白，大部分是钱永健改造的变种。有了这些荧光蛋白，科学家们就好似在细胞内装上了“摄像头〞，得以实时监测各种病毒“为非作歹〞的过程。通过沙尔菲的基因克隆思路，科学家们还培育出了荧光老鼠和荧光猪，由于沙尔菲与钱永健的突出奉献，他们与绿色荧光蛋白的发现者下村修共享了今年的诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院将绿色荧光蛋白的发现和改造与显微镜的创造相提并论，成为当代生物科学研究中最重要的工具之一。
编辑本段GFP性质
GFP荧光极其稳定,在激发光照射下，GFP抗光漂白(Photobleachi绿荧光水母——通过体内绿色荧光蛋白发光
ng)才能比荧光素(fluorescein)强，特别在450～490nm蓝光波长下更稳定。GFP需要在氧化状态下产生荧光，强复原剂能使GFP转变为非荧光形式，但一旦重新暴露在空气或氧气中，GFP荧光便立即得到恢复。而一些弱复原剂并不影响GFP荧光。中度氧化剂对GFP 荧光影响也不大,如生物材料的固定、脱水剂戊二酸或甲醛等。GFP交融蛋白的荧光灵敏度远比荧光素标记的荧光抗体高，抗光漂白才能强,因此更适用于定量测定与分析。但因为GFP不是酶，荧光信号没有酶学放大效果，因此GFP灵敏度可能低于某些酶类报告蛋白。由于GFP荧光是生物细胞的自主功能，荧光的产生不需要任何外源反响底物，因此GFP作为一种广泛应用的活体报告蛋白，其作用是任何其它酶类报告蛋白无法比拟的。
编辑本段发现过程
1994年，华裔美国科学家钱永健〔Roger Yonchien Tsien〕开始改造GFP，有多项发现。世界上用的大多数是钱永健实验室改造后的变种，有的荧光更强，有的黄色、蓝色，有的可激活、可变色。到一些不常用做研究形式的生物体内找有颜色的蛋白成为一些人的爱好，现象正如当年在嗜热生物中找到以后应用广泛的PCR用多聚酶后的一波浪潮。不过真发现的有用东西并不很多。成功的例子有俄国科学院生物有机化学研究所Sergey A. Lukyanov实验室从珊瑚里发现其他荧光蛋白，包括红色荧光蛋白。生物发光现象，下村修和约翰森以前就有人研究。萤火虫发荧光，是由荧光酶〔luciferase〕作为酶催化底物分子荧光素〔luciferin〕，有化学反响如氧化，以后产生荧光。而蛋白质本身发光，无需底物，起源是下村修和约翰森的研究。下村修和约翰森用过几种实验动物，和本故事相关的是学名为
Aequorea victoria的水母。1962年，下村修和约翰森等在?细胞和比拟生理学杂志?上报道，他们别离纯化了水母中发光蛋白水母素。据说下村修用水母提取发光蛋白时，有天下班要回家了，他把产物倒进水池里，临出门前关灯后，依依不舍地回头看了一眼水池，结果见水池闪闪发光。因为水池也承受养鱼缸的水，他疑心是鱼缸成分影响水母素，不久他就确定钙离子增强水母素发光。1963年，他们在?科学?杂志报道钙和水母素发光的关系。其后Ridgway 和Ashley 提出可以用水母素来检测钙浓度，创造了检测钙的新方法。钙离子是生物体内的重要信号分子，水母素成为第一个有空间分辨才能的钙检测方法，是目前仍用的方法之一。1955年Davenport和Nicol发现水母可以发绿光，但不知其因。在1962 年下村修和约翰森在那篇纯化水母素的文章中，有个注脚，说还发现了另一种蛋白，它在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光特性。1974年，他们纯化到了这个蛋白，当时称绿色蛋白、以后称绿色荧光蛋白GFP。Morin和Hastings提出水母素和GFP之间可以发生能量转移。水母素在钙刺激下发光，其能量可转移到GFP，刺激GFP发光。这是物理化学中知道的荧光共振能量转移(FRET)在生物中的发现。下村修本人对GFP的应用前景不感兴趣，也没有意识到应用的重要性。他分开普林斯顿到Woods Hole海洋研究所后，同事普腊石(Douglas Prasher)非常感兴趣创造生物示踪分子。1985年普腊石和日裔科学家Satoshi Inouye独立根据蛋白质顺序拿到了水母素的基因〔准确地说是cDNA〕。1992年，普腊石拿到了GFP的基因。有了cDNA，一般生物学研究者就很好应用，比用蛋白质方便多了。普腊石1992年发表GFP的cDNA后，不做科学研究了。他申请美国国家科学基金时，评审者说没有蛋白质发光的先例，就是他找到了，也没什么价值。一气之下，他分开学术界去麻省空军国民卫队基地，给农业部动植物效劳部工作。当时他假设花几美元，就可以做一个一般研究生都能做，但是非常漂亮的工作：将水母的GFP基因放到其他生物体内，比方细菌里，看到荧光，就完全证明GFP本身可以发光，无需其它底物或者辅助分子。将GFP表到达其它生物体这项工作，1994年由两个实验室独立进展：美国哥伦比亚大学做线虫的Marty Chalfie实验室，和加州大学圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的两位日裔科学家Inouye和Tsuji。水母素和GFP都有重要的应用。但水母素仍是荧光酶的一种，它需要荧光素。而GFP蛋白质本身发光，在原理上有重大打破。Chalfie 的文章立即引起轰动，很多生物学研究者纷纷将GFP引入自己的系统。在一个新系统表达GFP就能在?自然?、?科学?上发表文章，其实不过是跟风性质，没有原创性。纵观整个过程，从1961年到1974年，下村修和约翰森的研究遥遥领先，而很少人注意。假设其他生化学家愿意，他们也可以得到水母素和GFP，技术并不特别难。在1974年以后，特别是八十年代后，后继的工作，很多研究生都很容易做。其中例外是钱永健实验室发现变种出现新颜色，并非显而易
绿色荧光蛋白GFP的研究与应用 摘要：绿色荧光蛋白（GFP）是一种极具潜力的标记物，有着广泛的应用前景。通过阅读吴沛桥的《绿色荧光蛋白GFP的研究进展及应用》这篇文献，对GFP有了进一步了解。 关键词：绿色荧光蛋白（GFP）；性质；原理；应用 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 protein，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 等从维多利亚多管水母（Aequoria victoria）中分离纯化生物发光蛋白质——水母蛋白, 并观察到一个在紫外光下发出“非常明亮, 浅绿色荧光”的副产物。1974 年,Shimomura等纯化得到了这种自发荧光的蛋白（即GFP）。 2008年10月8日，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日裔美国科学家下村修（Osamu Shimomura）、美国科学家马丁·查尔非(Mratin Chalfie)以及美国华裔科学家钱永健(Rorge Y.Tsien)，他们三人因为在绿色荧光蛋白的发现以及改造方面做出了突出成就。 2 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。 GFP性质极其稳定，耐高温，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pH7.0~pH12.2的范围内的吸收、发射光谱也是相同的。 3 GFP的荧光原理
绿色荧光蛋白及其在细胞生物学研究中的应用近几十年来，绿色荧光蛋白（GFP）被广泛用于生物学的研究， 特别是在细胞生物学领域，它在基因表达分析、膜蛋白研究，以及定位和追踪细胞外状态变化等方面提供了有力的工具。绿色荧光蛋白最初是从拟南芥中分离出来的，它是一种可以在生物细胞中发出可见的绿光的蛋白质。GFP可以与其他蛋白质结合在一起，可以用来检测特定蛋白质的表达和定位。利用绿色荧光蛋白的特性，我们可以实现转基因技术的可视化，同时实现基因的定位，这使得细胞的动态变化以及基因调控可以被直观定量地观察出来。 在GFP的研究过程中，科学家发现GFP本身也有可以改进的特性，不仅可以让它发出绿色的光，也可以被用来实现转基因技术的可视化。它的发光强度与温度变化和环境改变有关，当温度提升或温度较高时，GFP的发光强度会增强。GFP还可以用来检测特定的一种或多种蛋白质，能够实现精确的蛋白质定位。同时，研究人员还发现GFP的表达能力可以被亚细胞定位，发现细胞内部基因表达的动态变化。 GFP也被用于膜蛋白研究，可以很好地实现膜蛋白在细胞表面的定位，从而有助于我们更好地分析膜结构和功能，为细胞生物学研究带来新的视角。此外，GFP还可以被用于探索和分析细胞外状态变化，它能够通过显示细胞的迁移、聚类、分离等状态变化来揭示细胞的行为和表型特征，成功地帮助了许多细胞生物学研究。 绿色荧光蛋白是一种重要的细胞生物学研究工具，它的出现使得细胞的研究变得更加容易，提高了生物学研究的效率。它不仅可以被
用于基因表达分析和定位，也可以用于膜蛋白研究，使我们更好地了解细胞的行为和表型特征，实现细胞外状态变化的追踪，进而发现基因调控的模式，目前，GFP的技术已经成为细胞生物学研究技术的重要组成部分，将为未来更多的细胞生物学研究带来更多的帮助。 综上所述，GFP在细胞生物学研究中具有重要的意义，它提供了一种强大的分析工具，可以实现基因表达分析、膜蛋白研究和细胞外状态变化的定量观察。它高效地帮助我们探究更多基因调控机制，这在提高科学研究水平方面发挥了重要作用。未来，GFP技术将促进更多功能性细胞研究，以便开发出更多的细胞生物学研究工具，为更多的医学发展带来更多的便利。
绿色萤光蛋白(green fluorescent protein)，简称GFP，这种蛋白质最早在一种学名Aequorea victoria的水母中发现。其基因所产生的蛋白质，在蓝色波长范围的光线激发下，会发出绿色萤光。这个发光的过程中还需要冷光蛋白质Aequorin的帮助，且这个冷光蛋白质与钙离子(Ca+2)可产生交互作用。 由水母Aequorea victoria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，在可见光绿光的范围下是较弱的位置。由海肾(sea pansy)所得的绿色萤光蛋白，仅有在498nm有一个较高的激发峰点。 在细胞生物学与分子生物学领域中，绿色萤光蛋白基因常被用作为一个报导基因(reporter gene)。一些经修饰过的型式可作为生物探针，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。 我们这边细胞组的基本上都在用这个东东。标记细胞 GFP的分子结构和发光机制 绿色荧光蛋白为一个由238个氨基酸残基组成的单链，GFP有两个吸收峰，主峰在395nm，次峰在470nm，其荧光发射峰在509nm。GFP 的化学性质相当稳定，其变性需要在90℃或pH<4或pH>12的条件下用6mollL盐酸胍处理，这一性质与GFP的结构特性相关。 Yang等的研究表明，GFP是由两个相当规则的内含一个α-螺旋和外面包围l1个β-折叠的β-桶状结构组成的二聚体，β-桶状结构直径约3nm，高约4nm。β折叠彼此紧密结合，象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。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。 GFP的生色基团附着于α-螺旋上，几乎完美的包被于桶状结构中心。位于圆桶中央的α-螺旋含有一个由六肽组成的发光中心，而发光团是由其中的三肽Ser65-Tyr66-Gly67经过环化形成了对羟基苯咪唑啉酮。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O2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，此模型为Yang等的晶体学证据所支持。 GFP在生物技术中的应用研究 1．分子标记 作为一种新型的报告基因，GFP已在生物学的许多研究领域得到应用。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，只有238个氨基酸，将其与其他蛋白融合后不影响自身的发光功能，利用GFP的这一特性已经加深了我们对细胞内一些过程的了解，如细胞分裂、染色体复制和分裂，发育和信号转导等。1996年，Ehrdardt等人首次报道了利用GFP的特性研究细胞分化蛋白FtsZ的定位。研究显示FtsZ在细胞分裂位点形成了一个环状物，且至少有9种蛋白在细胞分裂中起重要作用，尽管对这些蛋白功能仍然不是很清楚，但是利用GFP融合蛋白已经搞清楚了它们聚合的顺序以及在蛋白定位中的一些特征。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详尽观察的新方法。 除用于特定蛋白的标记定位外，GFP亦大量用于各种细胞器的标记如细胞骨架、质膜、细胞核等等。Shi等人曾报道将GFP融合到大肠杆菌细胞膜表面用作标记蛋白，这一技术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检测以及探测信号转导过程等等。这些都为传统生物学研究提供了新思路和新方法，成为交叉学科研究的热点。 2．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感兴趣的药物。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。荧光探针分布是利用信号传导中信号分子的迁移功能，将一荧光蛋白与信号分子相偶联，根据荧光蛋白的分布情况即可推断信号分子的迁移状况，并推断该分子在迁移中的功能。由于GFP分子量小，在活细胞内可溶且对细胞毒性较小，因而常用作荧光探针。 在细胞体内分子之间的相互作用非常复杂，其中很多涉及到信号分子在细胞器之间的迁移。例如当信号分子和某一特殊受体结合后常会导致配体-受体复合物从某一细胞区域迁移到另一区域，而这一迁移过程通常会介导一重要的生理功能。因而，这些受体常常被用作药物筛选的目标，若某一药物具有与信号分子类似的功能，那么该药物即具有潜在的医药价值。利用GFP荧光探针，将很容易从数量众多的化合物中判断出那些化合物具有与信号分子相似的能引起配体一受体复合物迁移并介导生理反应的功能，且这一筛选过程简单方便，所需成本也很低。利用这一原理，已经成功构建了一个筛选模型用于研究药物介导的糖皮质激素受体(hGR)的迁移过程。在一96孔板中培养细胞，并以一编码hGR GFP蛋白的质粒转染该细胞。当细胞用待筛选的药物处理后，hGR-GFP从细胞质迁移人细胞核的过程可实时或在某一时段
基于绿色荧光蛋白标记的细胞分化研究 细胞是构成生命体的基本单位，它们的分化过程一直是细胞和分子生物学领域 中研究的热点。为了更好地研究细胞的分化过程，科研人员利用绿色荧光蛋白技术，对细胞的标记、传输和分化进行了深入探究。 一、绿色荧光蛋白技术 绿色荧光蛋白是由美国科学家奥斯彭（Osamu Shimomura）、莫斯（Martin Chalfie）和范德托恩（Roger Y. Tsien）共同开发的。它是一种在紫外或蓝光激发 下能够自发辐射出绿色荧光的蛋白质。基于这种蛋白质的物理特性，科研人员可将它用于对细胞和分子进行标记。 将绿色荧光蛋白引入目标细胞或分子后，激发光对其产生的荧光会随时间变化 而改变。这一特性使绿色荧光蛋白技术成为了低入侵、非毒性、直观且有效的细胞标记技术。它已经成功应用于多个领域中，包括生化、生物物理、生物医学、农业和环境等。 二、使用绿色荧光蛋白标记的细胞分化研究 细胞分化过程是细胞发育的核心过程，与其它接近于血缘关系的细胞分化共同 构成了人体生长发育的基石。利用绿色荧光蛋白技术，科研人员能准确地观察细胞在分化过程中的形态与分子组成的变化。 绿色荧光蛋白技术能够帮助科学家们识别和跟踪某个细胞的发育过程。对于从 干细胞到分化细胞的完整路径，科研人员可以使用不同颜色的标记，疾控它们的“家族树”并分析细胞在发育期间的要素变化。 绿色荧光蛋白还被用于跟踪细胞内的运输和扩散。科研人员可以在单个受精卵 细胞内各标记分子，并跟踪其进入细胞膜等不同部位，从而了解分子在细胞内的运输情况。
基于绿色荧光蛋白技术的标记方法还能够帮助科研人员量化一些在细胞分化过 程中经历的变化。例如，简化培养环境会导致细胞器重排，细胞形态改变及基质附着的变化；而能调节信号通路的化合物可以通过细胞器结构的变化来获得。 借助绿色荧光蛋白技术，科研人员可以在细胞分化过程中更深入地探讨各种疾 病的发生机理，并帮助设计和开发新的药物治疗方案。 三、结语 基于绿色荧光蛋白标记技术的细胞分化研究为我们提供了更深入的了解细胞发 育和运作机制的可能性，其在医学、科技和基础科学等领域的应用前景广阔。同时，我们也应该注意该技术的潜在风险和应用的道德性问题，以便更好地维护科技与生态环境的平衡。
绿色荧光蛋白(GFP)标记亚细胞定位 绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein, GFP)是一种自然存在 于海洋水母Aequorea victoria中的荧光蛋白，其拥有强烈的绿 色荧光。由于其广泛应用于细胞生物学和生物化学领域，GFP 已经成为研究生物过程和信号传递的强有力工具。 GFP的结构由238个氨基酸组成，具有一个单独的蛋白质区域，称为圆柱螺旋(Beta-can)。GFP基因含有GFP编码序列，该序 列通过表达可以产生GFP蛋白质。GFP的荧光性质是由三个 氨基酸残基组成的染色体枢纽部分决定的，即丝氨酸(Tyr66)、谷氨酸(Pro68)和脯氨酸(Ala80)。 在GFP的自然状态下，并不发出荧光。但当该基因被转录和 翻译成蛋白质之后，在有氧条件下，GFP的氨基酸序列会发 生类似于玉米的光合作用过程，使得GFP的荧光激活。 在细胞生物学领域，GFP被广泛用作标记工具，以帮助研究 人员观察细胞内部的某些组分或结构。研究人员可以通过将GFP基因与目标蛋白的基因融合，使目标蛋白在表达时也表 达GFP。由于GFP的荧光性质，这样就可以通过荧光显微镜 直接观察到目标蛋白的位置和分布。 通过GFP技术，科学家们得以研究细胞核或细胞器在发育过 程中的变化，以及探索细胞活动的机制。此外，通过将GFP 基因与多个目标蛋白的基因融合，科学家们可以标记多种细胞结构，并观察它们在细胞活动过程中的相互关系和动态变化。
除了在细胞生物学领域的应用外，GFP还被广泛应用于分子 生物学、生物化学、药物筛选和基因治疗等领域。由于GFP 的高度稳定性和荧光强度，它可以作为生物化学实验中定量和定位特定蛋白质的工具。此外，GFP作为标记基因在基因治 疗研究中也发挥着重要作用，用于追踪和监测基因表达和转导的进程。 尽管GFP已经成为生物科学研究中广泛应用的工具，但也存 在一些局限性。首先，GFP的结构和功能对温度和酸碱度非 常敏感，因此在特殊环境中的应用可能受到限制。此外，GFP 的荧光信号在某些细胞或组织中可能受到强烈的自然荧光干扰，降低其检测的灵敏度。 为了克服GFP的一些局限性，科学家们一直在进行改进和优化。例如，通过对GFP进行突变，已经产生了一系列具有不 同荧光颜色的变体，如蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，扩展了荧光蛋白的应用范围。此外，通过结合GFP与其他技术， 如光遗传学和光学显微术，也进一步提高了荧光蛋白在细胞研究中的可用性和灵敏度。 总的来说，绿色荧光蛋白(GFP)是细胞生物学和生物化学领域 中的一种重要工具，通过其高度荧光的特性，可以帮助科学家们观察和研究细胞内的某些组分和结构。尽管GFP仍然存在 一些局限性，但通过不断的改进和优化，它在生物科学研究中的应用前景仍然广阔。随着科技的不断发展，绿色荧光蛋白(GFP)的应用也在不断地拓展。除了在细胞生物学和生物化学 研究中的应用外，GFP还被广泛应用于分子生物学、生物医
细胞工程(Cell engineering)：是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 转基因动物(Transgenic Animals)：一种生物（通常是老鼠），将外来基因转入其体内成为其基因组的一部分。引入的基因先被分离出来并设计使其携带适当片段。然后将这段基因注入受精卵 试管婴儿：采用人工方法让卵细胞和精子在体外受精，并进行早期胚胎发育，然后移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿。 性别控制(sex control)：通过对动物的正常生殖过程进行人为干预，使成年雌性动物产出人们期望性别后代 人工器官：暂时或永久性地代替身体某些器官主要功能的人工装置。 动物克隆：动物克隆是一种通过核移植过程进行无性繁殖的技术。发育早期的动物胚胎细胞，或成年动物的体细胞，经显微手术移植到去掉细胞核的卵母细胞中之后，在适当的条件下，可以重新发育成正常胚胎。 光学显微镜：光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器 显微结构：在普通光学显微镜中能够观察到的细胞结构。 组织工程（tissue engineering）：组织工程师应用工程学和生命科学的原理来研究开发生物代替物，用于恢复，维持或者改进组织的生物学功能。 细胞学说（cell theory）： 1>所有生物都是由一个或多个细胞组成的(1838,Scheiden&Sehwann); 2>细胞是生物形态结构和功能的基本单位(1838,Scheiden&Sehwann); 3>一切细胞只能来自原来的细胞,机体一切病理基于细胞的损伤(1885,Rudolf Virchow). 分辨率（R-resolving power）： （1）指能将非常靠近的两个点（物像）清楚辨析的能力（微生物的解释） （2）显微镜或人眼在25cm明视距离处，能清楚分辨被检物细微结构的最小间隔能力人眼R=100um 光学显微镜R=0.2um （动物细胞工程资料上的解释） 光衍射效应（diffraction effects）： 光线并不是完全直线前进，光波沿各种有细微不同的路线通过一个光学系统，以致相互干涉产生衍射
走近绿色荧光蛋白 现行高中生物教科书(人教版)中，多处描述了荧光标记技术，并有有关荧光蛋白的描述，如荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验、荧光标记技术与基因定位、荧光鼠的培育等。2008年10月8日，瑞典皇家科学院把今年的诺贝尔化学奖授予绿色荧光蛋白的发现者和推广者。于是，笔者搜集并整理了有关资料，从绿色荧光蛋白(GFP)的来源、分子结构、发光机制、研究历程以及在生物技术中的应用等方面进行概述。 12008年诺贝化学奖及获奖者简介 日本的下村修、美国的马丁·沙尔菲和美籍华人钱永健于2008年10月8日，因对绿色荧光蛋白(GFP)的研究，分享了今年的诺贝尔化学奖。他们的研究历程，犹如一场接力跑：下村修发现了GFP，沙尔菲确定了它的应用价值；而钱永健则让它变得多样化。 下村修现年80岁，生于京都，长于长崎。1960年获得名古屋大学理学博士学位后赴美，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年他发现荧光蛋白，被誉为生物发光研究第一人。从33岁做出重要发现，到46岁完成全部关键实验，他的研究遥遥领先，却一直默默无闻。2001年退休后，年逾七旬的下村修继续在家里的地下室潜心研究。 马丁·沙尔菲现年61岁，美国哥伦比亚大学生物学教授，他在利用绿色荧光蛋白做生物示踪分子方面做出贡献。 钱永健1952年出生于美国纽约，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年沃尔夫奖医学奖得主。他发明的多色荧光蛋白标记技术，将为细胞生物学和神经生物学发展带来一场革命。 2荧光现象 一些化学物质能从外界吸收并储存能量(如光能、化学能、x线或
绿色荧光蛋白科技名词定义 中文名称：绿色荧光蛋白英文名称：green fluorescence protein;GFP;green fluorescent protein 定义1：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。应用学科：生物化学与分子生物学〔一级学科〕；方法与技术〔二级学科〕定义2：最初从水母〔Aequorea victoria〕体内发现的发光蛋白。含有发光团，在不同物种中均能稳定发出荧光，其基因是常用的报道基因。应用学科：细胞生物学〔一级学科〕；细胞生物学技术〔二级学科〕以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 求助编辑百科名片 绿色萤光蛋白(green fluorescent protein)，简称GFP，这种蛋白质最早是由下村修等人在1962年在一种学名Aequorea victoria的水母中发现。其基因所产生的蛋白质，在蓝色波长范围的光线激发下，会发出绿色萤光。这个发光的过程中还需要冷光蛋白质Aequorin的帮助，且这个冷光蛋白质与钙离子(Ca2+)可产生交互作用。 目录 根本介绍什么是绿色荧光蛋白 绿色荧光蛋白有什么用呢 GFP性质 发现过程 GFP应用骨架和细胞分裂 细胞器动力学和泡囊运输 发育生物学 生物技术中的应用研究 GFP在肿瘤发病机制研究中的应用 在信号转导中的应用 光伏发电 神经生物学 其他应用 GFP vectors and technology Other Interesting GFP Link 应用前景 获得诺贝尔奖根本介绍什么是绿色荧光蛋白 绿色荧光蛋白有什么用呢 GFP性质 发现过程 GFP应用骨架和细胞分裂 细胞器动力学和泡囊运输 发育生物学 生物技术中的应用研究 GFP在肿瘤发病机制研究中的应用 在信号转导中的应用
绿色荧光蛋白在生物医学研究中的应用 绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein, GFP）是一种广泛应用于生物医学研 究中的蛋白质标记物。它最初来源于海葵（Aequorea victoria）中的一个蛋白质， 因其绿色荧光而被人们发现，并被广泛用于标记生物分子的研究中。本文将介绍绿色荧光蛋白在生物医学研究中的应用及其优缺点。 I. GFP技术在药物筛选中的应用 药物筛选是一种重要的生物医学研究手段，它通过筛选大量的化合物，找到具 有治疗作用的药物。GFP技术则可以帮助科学家在筛选过程中更加方便地观察细 胞中的药物靶点。以前的药物筛选往往需要使用化学荧光染料，这些染料的发光可能会被药物所抑制，影响筛选结果。而使用GFP标记靶点，则可以直接观察靶点 在细胞内的表达情况，无需使用化学荧光染料。此外，GFP标记靶点也使得科学 家可以在单个细胞的水平上观察相应的实验结果，增加了研究的可靠性和精度。因此，GFP技术在药物筛选中有着广泛的应用前景。 II. GFP技术在细胞成像中的应用 GFP技术在细胞成像中也有着广泛的应用。在一些研究中，科学家将GFP标 记在细胞组织或器官中的某一种蛋白质上，以追踪其在细胞中的运动情况。由于GFP具有高度的特异性和稳定性，因此可以准确的观察标记蛋白质的表达情况。 这种技术使得科学家可以观察特定细胞或组织的病理生理进程，并为疾病的提早诊断和治疗提供了可能性。 III. GFP技术在基因治疗中的应用 基因治疗是一种新兴的治疗疾病的手段，其目的是通过简单而直接的方式将治 疗的基因导入到细胞中，来治疗一些疾病。GFP技术可以帮助科学家更好的观察 基因治疗的效果。在基因治疗过程中，科学家可以使用GFP将目标基因标记出来，
荧光蛋白研究进展 赵嫚 学院：理学院班级：应化0803班学号：2008310203907 摘要：凭借在绿色荧光蛋白质(GFP)研究领域取得的重要成就，3 位科学家获 得了今年的诺贝尔化学奖，他们分别是马丁·查尔菲、钱永健和下村修。绿色荧光蛋白质可以帮助科学家了解细胞机制如何工作。利用转基因技术，所有细胞和动物都可以产生荧光蛋白质。康涅狄格学院化学家、《发光基因》作者马克·齐默将绿色荧光蛋白质称之为“21 世纪的显微镜”。通过让基因携带绿色荧光蛋白质——与瘤转移或大脑功能有关的基因——科学家只需通过寻找荧光便可知 道基因何时以及为什么“开启”。本文就GFP的发现历程、生化特性、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:荧光蛋白质 GFP 诺贝尔化学奖研究前景 1、荧光蛋白质简介 荧光蛋白质为从发光生物中分离出的发光性蛋白质。它不是虫荧光素、虫荧光酶那种酶蛋白质催化所引起的发光，而是通过低分子物质催化而发光的蛋白质。水母的发光蛋白质（aequorin）是通过Ca2+而发光的。海仙人掌类的Renilla也含有同样的发光蛋白质。这种物质包含在细胞内颗粒中，这种颗粒称发光小体（lumisome），发光蛋白质所包含的发光物体是与海荧虫荧光素极为相近的物质，因而推测，发光蛋白质的发光与虫荧光素、虫荧光素酶反应有着密切的关系。 自1992 年绿色荧光蛋白基因从水母体内克隆以来，现在已经从很多的海洋生物物种中克隆到了新的荧光蛋白，它们能特异地“点亮”生物分子或细胞，并显示出生物分子的活动情况，从而能更有助于我们揭示这些分子或细胞的活动规律及本质。已报道的荧光蛋白光谱分布于整个可见光区，它们被广泛应用于基因的表达调控、蛋白质空间定位与转运、蛋白折叠、信号传导、蛋白酶活性分析、生物分子相互作用等研究领域，荧光蛋白的发现与应用为现代生物学的研究提供了强有力的研究手段。 日籍科学家下村修（Osamu Shimomura）首次从水母(Aequorea victoria) 中分离出绿色荧光蛋白(green fluorescent protein，GFP)，美籍教授查尔菲（Martin Chalfie）首次将GFP 的cDNA 转到新的物种中表达。美籍华裔科学家钱永健（Roger Y. Tsien）率先阐述了GFP 发光的化学机制，并于1995 年通过单点突变(S65T) 技术获得了荧光强度和光稳定性大大增强的GFP 突变体(GFP-S65T)。Tsien 研究组基于GFP，进一步突变出了蓝色荧光蛋白(blue fluorescent protein，BFP)、青色荧光蛋白(cyan fluorescent protein，CFP) 和黄色荧光蛋白(yellow fluorescent protein，YFP)。后来，研究人员又从珊瑚和海葵等物种中克隆出光谱红移的荧光蛋白，极大地扩展了荧光蛋白的多色成像应用。近几年来，科学家巧妙地将光活化与光转换荧光蛋白应用于高分辨成像，
绿色荧光蛋白在药物筛选中的应用随着科技的不断发展，药物研究已经被赋予了越来越重要的地位。在药物研究中，药物筛选是一项非常重要的工作。药物筛选 是指在大量的分子库中寻找具有特定生物活性的化合物的过程。 目前，药物筛选的方法有很多种，其中一种被广泛应用的方法是 绿色荧光蛋白技术。 绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein，简称GFP）是一种 能发出绿色荧光的蛋白质，在药物筛选中具有广泛的应用价值。GFP最早是从海葵中发现的，是一种带有蓝光的蛋白质，在紫外 线的作用下会发出绿色的荧光。这种绿色荧光不仅很强烈，而且 在很多种活细胞中都能够表达。因此，GFP成为了生物学界和医 学界研究生物学和药物筛选的一个重要的研究工具。 通过使用GFP技术，药物研究人员可以在药物筛选中快速、准确地找到具有生物活性的化合物。在药物筛选中，绿色荧光蛋白 通常被用作标记分子。药物研究人员使用基因工程技术将GFP基 因与其他目标基因融合在一起，形成一个新的融合蛋白质。这种 融合蛋白质中的GFP可以发出绿色的荧光，从而标记出目标蛋白。然后，将一个化合物库与这些标有GFP的融合蛋白质进行混合， 以寻找那些能够改变融合蛋白质的活性的化合物。
药物研究中使用的GFP技术的具体流程如下： 1. 选取特定的生物标志物，它能够快速、可靠地反映出药物的作用效果。 2. 将该标志物与GFP融合在一起，形成融合蛋白质。 3. 将大量的化合物混合在一起，筛选出那些能够改变融合蛋白质的活性的化合物。 4. 验证那些具有良好活性的化合物，寻找其中可用于临床治疗的药物。 通过应用GFP技术进行药物筛选，可以大大提高药物筛选的效率。因为药物研究人员可以直接观察化合物是否改变了GFP融合蛋白质的荧光强度，从而快速地确认哪些化合物具有生物活性。此外，通过使用GFP技术标记与某种疾病相关的蛋白，药物研究人员可以筛选出新的治疗该疾病的药物。
荧光 一、定义 荧光（fluorescence ）又作“”，是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种的（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光（通常波长在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。 二、原理 光照射到某些原子时，光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道，即从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等。第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的，所以会恢复基态，当电子由第一激发单线态恢复到基态时，能量会以光的形式释放，所以产生荧光。 荧光是物质吸收光照或者其他电磁辐射后发出的光。大多数情况下，发光波长比吸收波长较长，更低。但是，当吸收强度较大时，可能发生现象，导致辐射波长短于吸收波长的情况发射。当辐射波长与吸收波长相等时，既是共振荧光。 荧光强度：荧光强度与该种物质的荧光量子产率、消光系数以及含量等因素有关。荧光量子产率Q：量子产率表示物质将吸收的光能转化为荧光的本领，是荧光物质发出光子数与吸收光子数的比值。荧光蛋白分子的亮度由其量子产率与消光系数的乘积决定，与成像检测灵敏度密切相关。 三、荧光蛋白 1、绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP） 在光谱的绿光区（500nm-525nm）已经发现了多种荧光蛋白，而且来源广泛，包括不同种属的Aequorea 、桡足类动物、文昌鱼以及珊瑚。然而多数有齐聚反应，即使最好的荧光蛋白与EGFP相比，也没有明显的优点。或许目前活细胞成像最好的选择是GFP衍生的Emerald（祖母绿），它与EGFP的特性相似。Emerald包含F64L 和S65T突变，另外还有四个点突变从而改进了折叠、37℃时的突变率以及亮度。虽然Emerald比EGFP更有效，但含有快速光漂白成分，可能在某些环境下其定量成像会受到影响。 下面主要介绍GFP及其衍生型荧光蛋白： （1）来源 绿色荧光蛋白最早由美籍日裔科学家下村修于1962年在水母中发现。这种蛋白质在蓝色波长范围的光照激发下发出绿色荧光，其发光过程需要冷光蛋白质Aequorin的帮助，而且，这个冷光蛋白质可与钙离子（Ca2+）相互作用。在水母中发现的野生型绿色荧光蛋白的分子量较小，仅为27~30kDa，而编码GFP的基因序列也很短，为。 （2）性质 GFP由238个氨基酸残基组成。GFP序列中的65-67位残基（Ser65-Tyr66-Gly67）可自发形成荧光发色基团——对羟基苯咪唑啉酮GFP的激发光谱在400nm附近有
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
生物发光与生物荧光成像技术生物发光和生物荧光作为生物学研究领域中的两个重要现象， 已经被广泛应用于生命科学。通过光学显微镜等设备，科学家们 可以利用这两种现象来研究细胞和生物分子的运动、变化和互动 情况。在这篇文章中，我将介绍生物发光和生物荧光的基本概念、机制和应用，以及一些现代生物荧光成像技术的发展和应用。 生物发光和生物荧光的基本概念 生物发光是指一些微生物或动物体内酶促反应产生的发光现象。比如，萤火虫体内酶促反应将氧气和荧光素转化成氧化荧光素时，会产生强烈的发光。而生物荧光则是指一些细胞或生物分子在受 到特定波长的光激发后，会放出一种较弱但持久的发光。比如， 绿色荧光蛋白（GFP）是一种存在于水母等生物中的蛋白质，它 在受到紫外线激发后会放出绿色荧光。 这两种现象都源于生物体内的化学反应，但机制有些不同。生 物发光主要是通过氧化还原反应产生的，而生物荧光则是通过一 系列的电子跃迁来实现的。不同的生物体和物种会产生不同种类 的发光和荧光现象，其中一些种类已经被广泛研究和应用。
生物发光和生物荧光的应用 在生命科学领域中，生物发光和荧光被广泛应用于生物成像、生命活动监测、基因表达分析等方面。比如，在药物研发中，科学家可以利用荧光蛋白标记药物或生物分子，以跟踪其运动、变化和互动情况，从而了解它们的作用机理和效果。在生物医学领域中，医生可以利用生物荧光成像技术来观察患者内部器官或组织的情况，实现无损检测。 生物荧光成像技术的发展 随着生命科学研究的推进，生物荧光成像技术也在不断发展。其中一个重要的进展是发展了基于转录调控的荧光标记体系，被称为“基因表达报告体系”。这种体系通过将荧光蛋白的表达和特定基因的转录调控相结合，可以实现高效的荧光标记，并可以跟踪和研究不同基因在细胞和组织中的表达和调控。同时，随着成像技术和成像设备的不断改进，比如：双光子激发荧光显微镜、荧光内窥镜等，生物荧光成像技术也变得更加精细和准确。 总结
荧光蛋白的名词解释 荧光蛋白是一类在生物体内具有发光性质的蛋白质。它们能够吸收外部光能量，并在经过反向电子跃迁后发出可见光，常见的颜色有绿色、黄色和红色。荧光蛋白被广泛应用于各个领域的研究和应用中，对于生物体的光学研究和标记具有重要意义。 荧光蛋白最早是在一种海洋生物——荧光海藻中被发现的。这类海藻具有发光 性质，而且在黑暗中闪烁着绿色的光芒，引人注目。经过科学家们的深入研究，发现这一发光现象是由荧光蛋白所引起的。荧光蛋白是一种由蛋白质和非蛋白质部分组成的复合物，蛋白质部分称为“载体”，而非蛋白质部分则为“色团”。 荧光蛋白的发光机制是一种自然的光转换过程。当荧光蛋白吸收外部的光能量时，能量会引发荧光蛋白内部的电子发生跃迁，并释放出光能。这种现象被称为“荧光”。荧光蛋白通过吸收紫外光或蓝光，能够发射出绿光，甚至能够经过基因工程技术的改造，发射出多种颜色的光。这种特性使得荧光蛋白成为许多领域研究的重要工具。 荧光蛋白在生物学研究中有着广泛的应用。通过将荧光蛋白与细胞或生物体内 的特定分子结合，可以实现对分子的标记和追踪。例如，科研人员可以通过将荧光蛋白与蛋白质结合，观察蛋白质在细胞内的运动和分布方式，以研究其功能和作用机制。此外，荧光蛋白还可以用于探测和监测生物体内的生理过程，如细胞凋亡、钙离子浓度、酸碱度等。 在医学领域，荧光蛋白的应用更广泛。通过基因工程技术，科学家们可以将荧 光蛋白转移到人体细胞中，实现对细胞和组织的可视化观察。这为疾病的研究和治疗提供了新的手段。例如，在肿瘤治疗中，荧光蛋白可以用于标记和追踪癌细胞的位置和扩散情况，帮助医生更准确地进行手术切除。此外，荧光蛋白还可以辅助药物的筛选和监测，在药物研发中发挥重要作用。
０８年诺贝尔化学奖会发光的蛋白质故事北京时间2022年10月8日下午，瑞典皇家科学院宣布，日本科学家 下村修（OamuShimomura）、美国科学家马丁·查尔菲（MartinChalfie）、美籍华裔科学家钱永键（RogerYTien）因“发现并发展了绿色荧光蛋白（GFP）”，共同获得本年度诺贝尔化学奖。 绿色荧光蛋白是一种自行能够发出绿色淡光的蛋白质物质，它使人们 能够在正常条件下对活细胞内分子水平和机理进行观察和研究。用它来标 记需要研究的蛋白，就好像给那些蛋白装上了一盏小灯，于是，他们什么 时间、什么地点在做什么，可能发生什么变化，科学家一目了然。瑞典科 学院将绿色荧光蛋白的发现和发展与显微镜的的发明相提并论，称：“绿 色荧光蛋白在过去10年间成为生物化学家、医学家、生物学家和其他研 究人员的引路明灯。成为当代生物科学研究中最重要的工具之一。” 下村修的好奇心 下村修1928年出生于日本京都，后来在长崎长大。1945年的原子弹 爆炸致使他一度失明。二战后，下村修从长崎医科大学毕业，想要到名古 屋大学继续深造，阴差阳错间，进入了科学家平田义正的研究室。1955 年，平田交给下村一项任务，让他找出海萤被碾碎后放在水里仍能发光的 原因。“那次阴差阳错决定了我的命运。”下村后来回忆说。那项研究当 时许多人在做，但无一得出结论，然后下村却在第二年便从海萤体内提取 了一种发光的蛋白质，下村的研究引起了美国普林斯顿大学弗兰克约翰逊 的强烈兴趣，在对方的邀请下，1960年下村来到美国。 可能是因为从小和海打交道，下村对海洋生物特别感兴趣，他非常想 知道水母为什么会发光，于是1961年，下村来到盛产水母的华盛顿州的
荧光 一、定义 荧光〔fluorescence〕又作"萤光〞,是指一种光致发光的冷发光现象.当某种常温物质经某种波长的入射光〔通常是紫外线或X射线〕照射,吸收光能后进入激发态,并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光〔通常波长在可见光波段〕；而且一旦停止入射光,发光现象也随之立即消失.具有这种性质的出射光就被称之为荧光. 二、原理 光照射到某些原子时,光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道,即从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等.第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的,所以会恢复基态,当电子由第一激发单线态恢复到基态时,能量会以光的形式释放,所以产生荧光. 荧光是物质吸收光照或者其他电磁辐射后发出的光.大多数情况下,发光波长比吸收波长较长,能量更低.但是,当吸收强度较大时,可能发生双光子吸收现象,导致辐射波长短于吸收波长的情况发射.当辐射波长与吸收波长相等时,既是共振荧光. 荧光强度：荧光强度与该种物质的荧光量子产率、消光系数以与含量等因素有关.荧光量子产率Q：量子产率表示物质将吸收的光能转化为荧光的本领,是荧光物质发出光子数与吸收光子数的比值.荧光蛋白分子的亮度由其量子产率与消光系数的乘积决定,与成像检测灵敏度密切相关. 三、荧光蛋白 1、绿色荧光蛋白〔green fluorescent protein,GFP〕 在光谱的绿光区〔500nm-525nm〕已经发现了多种荧光蛋白,而且来源广泛,包括不同种属的Aequorea 、桡足类动物、##鱼以与珊瑚.然而多数有齐聚反应,即使最好的荧光蛋白与EGFP相比,也没有明显的优点.或许目前活细胞成像最好的选择是GFP衍生的Emerald〔祖母绿〕,它与EGFP的特性相似.Emerald包含F64L和S65T 突变,另外还有四个点突变从而改进了折叠、37℃时的突变率以与亮度.虽然Emerald比EGFP更有效,但含有快速光漂白成分,可能在某些环境下其定量成像会受到影响. 下面主要介绍GFP与其衍生型荧光蛋白： 〔1〕来源 绿色荧光蛋白最早由美籍日裔科学家下村修于1962年在水母中发现.这种蛋白质在蓝色波长X围的光照激发下发出绿色荧光,其发光过程需要冷光蛋白质Aequorin的帮助,而且,这个冷光蛋白质可与钙离子〔Ca2+〕相互作用.在水母中发现的野生型绿色荧光蛋白的分子量较小,仅为27~30kDa,而编码GFP的基因序列也很短,为2.6kb. 〔2〕性质 GFP由238个氨基酸残基组成.GFP序列中的65-67位残基〔Ser65-Tyr66-Gly67〕可