绿色荧光蛋白GFP

绿色荧光蛋白GFP综述

生命科学学院 2010级李积锋 1241410007

【摘要】绿色荧光蛋白(GFP) 是一种最先来源于水母的蛋白质，现已成为在生物化学和细胞生物学中研究和开发应用得最广泛的蛋白质之一。其内源荧光基团在受到紫外光或蓝光激发时小峰可高效发射清晰可见的绿光。它已成为一个监测在完整细胞和组织内基因表达和蛋白质定位的理想标记。在生理指示剂、生物传感器、光化学领域以及生产发光纤维等方面展示了广阔前景。

【关键词】水母绿色荧光蛋白生色团变种

1绿色荧光蛋白简介

绿色荧光蛋白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，发射绿色荧光。其独特之处在于：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来源于水母的氨基酸残基组成。

水母的绿色荧光蛋白很稳定，无种属限制，已在多种动植物细胞中表达成功并产生荧光。GFP的荧光受外界的影响较小，另外GFP的检测十分方便，而对细胞的伤害极小。由于这些优点，GFP已经成为检测体内基因表达及细胞内蛋白质原位定位的极为重要的报告分子。

2绿色荧光蛋白的表达和成熟

GFP的表达水平受多种因素的影响。在植物细胞中表达GFP时，改变一些原GFP 基因的密码子为该植物使用的偏爱密码子，并消除潜在的剪接位点。目前适用于哺乳动物的表达系统不受影响。GFP还可以顺利的在无细胞的体外翻译系统中表达并自发折叠。

用一些小体积的氨基酸残基取代大体积残基可以提高GFP在高温下正确折叠的速度。这些突变位点分布于成熟蛋白质三维结构的各个部位，几乎不能提供如

何帮助GFP折叠和成熟的线索。另外，分子伴侣的存在也有助于GFP的折叠，反过来，这个发现也使GFP成为检测分子伴侣功能的一个好底物，因为GFP可以提供一个连续的、无破坏性的检测蛋白折叠成功的分析方法。

3绿色荧光蛋白的应用

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，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驱动GFP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C端或N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。

3.3 其它

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种对环境敏感的GFP，它们可用作环境指示剂如：对PH敏感GFP的可以测定细胞器内的PH值；通过基因工程，可GFP在中插入磷酸化位点以便用磷酸化控制GFP的荧光。另外，最近报道的利用靶入了水母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。

4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；对高温(70℃)、碱性、除垢剂、盐、有机溶剂和大多数普通酶都有较强抗性。

(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GFP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，编码GFP的基因序列也很短，为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。

5展望

尽管GDP基因作为新型报告基因越累越受到关注，但必尽只是近几年的事，对GDP的基础理论研究远远赶不上其应用的速度。目前还存在很多的问题，如除了水母外的其他发光生物（如珊瑚、水螅等）中基因的克隆、是怎样折叠成桶状结构的、突变是如何影响生色团形成的、荧光波长是否可以再增加以适合更多种标记和报告分子及中介转移受体、可否在的分子内部融合其他蛋白质以及研究如何利用生物合成有色纤维、多数生物有微弱的自发荧光现象，并有着类似的激发和发射波长，影响某些GDP的检测，新生GDP通过折叠和加工成为具有活性的性质，过程十分缓慢紫外激发对某些GDP有光漂白和光破坏作用，导致荧光型号快速丧失等。随着对GDP的基础理论研究的发展和新型突变体的不断出现，我们有理由相信这些问题最终会得到解决，它的开发及应用将会带来更加广阔的前景。