绿色荧光蛋白将色彩引入生命科学研究
绿色荧光蛋白阅读理解答案
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绿色荧光蛋白阅读理解答案绿色荧光蛋白阅读理解答案绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白是一种在美国西北海岸所盛产的水母中所发现的一种蛋白质。
这类学名为Aequorea victoria的水母有着美丽的外表,生存历史超过1.6亿年。
它之所以能够发光,是因在其包含238个氨基酸的序列中,第65至67个氨基酸(丝氨酸—酪氨酸)残基,可自发地形成一种荧光发色团。
当蛋白质链折叠时,这段被深埋在蛋白质内部的氨基酸片段,得以“亲密接触”,导致经环化形成咪唑酮,并发生脱水反应。
但此时还不能发射荧光,只有当有分子氧存在的条件下,发生氧化脱氢,方能导致绿色荧光蛋白发色团的“成熟”,形成可发射荧光的形式。
绿色荧光蛋白不仅无毒,而且不需要借助其他辅酶,自身就能发光,可以让科学家在分子水平上研究活细胞的动态过程。
当绿色荧光蛋白的基因和我们感兴趣的有机体内所拟研究的蛋白质基因相融合时,蛋白质既能保持其原有的活性,绿色荧光蛋白的发光能力也不受影响。
通过显微镜观察这种发光的“标签”,科学家就能做到对蛋白质的位置、运动、活性以及相互作用等一目了然。
在一个活体中有数万种不同的蛋白质,这些蛋白质精细地控制着重要的化学进程。
如果蛋白机制发生故障,通常就会发生疾病。
绿色荧光蛋白可帮助研究这类机制,这就是为什么绿色荧光蛋白成为生物科学极其重要的工具的`原因。
在它的帮助下,科学家还能对各种细胞的命运了如指掌,比如,脑神经细胞是如何发育起来的,或者癌症细胞是如何扩散的……Aequorea victoria水母是一种生物发光体。
1962年,下村修正是在这种水母的发光器官内发现天然绿色荧光蛋白。
Aequorea victoria发光的活性成分曾被认为是一种与钙离子相关联的蛋白质,被称为水母素。
但在此形式下,所发射的是蓝光。
对此,下村修做了大量的工作来说明所发射的荧光究竟是绿光还是蓝光。
他和研究人员分离了大量的蛋白质,都显示出强烈的绿光。
1985年,道格拉斯·普瑞舍克隆了水母素的基因。
gfp绿色荧光蛋白序列_概述及解释说明
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gfp绿色荧光蛋白序列概述及解释说明1. 引言1.1 概述GFP(绿色荧光蛋白)是一种具有独特发光特性的蛋白质,被广泛应用于细胞和分子生物学领域。
其绿色荧光可以通过外源激活而观察到,使得科学家们能够可视化细胞内发生的过程,并实时跟踪靶标分子的定位与转移。
GFP的序列是理解其结构、功能以及应用关键的基础。
1.2 文章结构本文将从多个方面对GFP绿色荧光蛋白序列进行概述及解释说明。
首先,我们将介绍GFP的历史和发现过程,以及其在现代生物学中的重要性。
随后,我们将详细探讨GFP序列的组成和编码基因信息,并解析与功能相关性方面的研究进展。
最后,我们将阐述GFP序列在生物学研究中的广泛应用,并就目前存在的问题和未来发展进行思考。
1.3 目的本文旨在提供有关GFP绿色荧光蛋白序列的全面概述及解释说明,深入探讨其组成、结构、功能和应用,并对其未来发展进行展望。
通过本文的阐述,读者将能够更好地理解和应用GFP序列在生物学领域中的价值,为相关研究提供指导和启示。
同时,我们也希望通过此文促进对GFP技术的探索和创新,推动生物科学的不断发展。
2. GFP绿色荧光蛋白序列概述2.1 GFP简介GFP(Green Fluorescent Protein)绿色荧光蛋白是一种来自于海洋水母的蛋白质。
它的主要特点是能够发出绿色荧光,并且在非生物致死条件下仍然保持稳定。
由于这些特性,GFP成为了生物学领域中一种广泛使用的标记工具。
2.2 GFP的发现历程GFP最早是在1960年代末期由奥斯汀·盖因斯、罗德南·麦迪安和道格拉斯·普里肯特等科学家在研究水母Aequorea victoria时发现的。
他们观察到当GFP暴露在紫外线下时会发出绿色荧光,并且将其提取出来进行进一步研究。
随后,科学家们发现GFP能够自身形成一个染色体,而不需要其他辅助物质。
2.3 GFP的结构特征GFP的序列长约238个氨基酸残基,具有高度保守性。
绿色荧光蛋白及其在细胞生物学研究中的应用
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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。
绿色荧光蛋白及其在细胞生物学研究中的应用
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绿色荧光蛋白及其在细胞生物学研究中的应用绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein, GFP)是一种从水母Aequorea victoria中分离出来的荧光蛋白质,可以发射绿色荧光。
由于GFP具有结构简单,对细胞无毒性和较强稳定性等特点,因此被广泛应用于细胞生物学和生命科学研究中。
以下是关于GFP及其在细胞生物学研究中的应用的介绍。
一、荧光蛋白及GFP的来源荧光蛋白质是一种含有环状芳香族氨基酸残基的蛋白质,能够吸收外部能量并将其转化为荧光发射。
GFP最初是在1955年,美国南加州大学的Osamu Shimomura研究水母发光机制时发现的。
GFP由238个氨基酸组成,分子量约27kDa。
GFP基因被克隆后即可在其他生物中表达,使它成为了生物体内最常用的荧光标记物之一。
二、GFP的结构和原理GFP的荧光由3个氨基酸残基Tyr(酪氨酸)、Ser(丝氨酸)和Gly(甘氨酸)构成的环状结构决定。
当氧气与Tyr形成共轭键时,便使荧光激发能量被吸收,并在GFP分子腔内缓慢扩散,直至荧光发射。
三、GFP在细胞生物学中的应用1、荧光定位GFP被广泛用于生命科学中细胞定位的研究。
由于GFP具有细胞膜透性和结构稳定性等特性,可以将其组装到生物体内,使其具有明亮的绿色荧光。
通过转化所需的基因序列来表达GFP,可以使研究人员直接在活细胞中观察到融合GFP蛋白质的定位和空间分布状况。
2、蛋白质交互作用GFP也被用作蛋白质交互作用的研究工具。
在这种情况下,GFP被连接到研究的蛋白质上,而研究人员观察到GFP与其他蛋白质结合的情况,从而确定蛋白质之间是否相互作用。
3、表达和异常行为GFP还可用于研究蛋白质的表达和异常行为。
通过表达GFP基因,可以探究研究对象的分泌情况、活动状态、质量控制和分解情况等。
4、细胞轨迹追踪GFP被广泛应用于细胞追踪研究中。
通过转染GFP基因,可以实时跟踪特定细胞类型的运动和位置,比如细胞分裂、游走和迁移等。
绿色荧光蛋白及其在细胞生物学中的应用
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绿色荧光蛋白及其在细胞生物学中的应用绿色荧光蛋白(GFP)是生物学中非常著名的一个标记蛋白,它可以帮助科学家们观察、追踪细胞内部分子的运动和位置变化。
本文将介绍GFP的结构、功能以及在细胞生物学中的应用。
GFP结构与功能GFP来自于海葵(海洋无脊椎动物)中的一种发光蛋白,它的结构中含有一个环状结构(环状柄)和一个β桶(β-barrel)。
环状柄中含有一个色素分子,称为染料环,贡献了GFP的光学特性。
β桶的作用是保护染料环,并使它的光学特性达到最佳状态。
GFP有着非常特殊的性质,它可以在自然光下发出荧光,荧光颜色为绿色。
当其暴露在213-488nm的紫外线照射下,GFP就会发射从蓝、绿到黄的荧光波长。
GFP的这种特性使得它成为了生物学家们进行光学研究的最佳工具。
1. 显微镜下的成像GFP是一种非常强的标记蛋白,通过将其融合到目标物分子上,可以非常清晰地显示该分子的位置和运动。
利用显微镜技术,研究人员可以观察到细胞器、蛋白质、RNA等生命大分子在细胞内的运动和相互作用,从而揭示其在生物学中的重要作用。
2. 基因表达与细胞注释通过将GFP基因转染到细胞中,可以实现在特定细胞和组织中进行特定基因的表达。
同时,在转染GFP的细胞中,人们也可以通过显微镜监测到特定细胞的位置和分布,用于细胞的标记与识别。
3. 胚胎发育研究GFP还可以用于观察和研究胚胎发育过程中各种细胞分子的运动和定位。
通过将GFP融合到发育过程中的标志性分子中,研究人员可以观察到该分子在胚胎发育的不同阶段中的表达和变化,从而揭示胚胎发育的机制。
总结GFP的发现和应用开创了一种全新的标记技术,使科学家们能够更深入地探究生命大分子的运动、位置和相互作用。
GFP的强烈荧光使得其在细胞生物学研究中具有广泛的应用价值,特别是在显微镜下的成像、基因表达与细胞注释以及胚胎发育研究中。
可以预见,在不久的将来,GFP的应用将会更加广泛,并将继续推动生命科学研究的进步。
绿色荧光蛋白及在生物技术研究中的应用
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2 GF P的应用特点
2 世 纪 , F 为 一种 新 的报 告 基 因T 具 得到 了迅 速发 展 , 1 G P作
与其他报告基 因相比, F 具有许多显著的特点: ) GP ( 无需损伤细 1
lG P的结构 和荧 光性 质 F
胞 即可研究细胞 内事件 , 且无毒作用 (肿 属不依耪胜, ; 2 在原核 、
利用 D A重组技 , 目的基因与 G P基因构成融合基因, N 将 F 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 G P分子量小 , F 在活细胞 内可溶 且对细胞毒性较小, 应用得最多和最成功的是 G P与宿主蛋白构 F
蛋 白原 有的 正常 功能 和定 位 的融合 蛋 白效 果最 佳 。利用 G P的 F
蛋白标示不 同的蛋白质和细胞。由此 , 下村修 、 马丁 一查尔菲和 加底物或辅助因子等协助指示 ; ) ( 易于构建载体 , 8 可进行活细胞 钱永健获得了 2 0 年度诺贝尔化学奖[ 08 2 1 。
G P属 于 五 大类 报 告 基 因 之 ~ ,是 虚用 最 多 的 发 光 蛋 白 。 F G P用 3 5 n 的 紫外 光 和 4 5 n 的 蓝 光激 发 , 在 5 8 m处 F 9 l n 7 l n 可 0n 自行 发 出绿 色荧 光 。 之 所 以能够 发 光 , 因其 氨 基 酸序 列 中第 它 是
绿色荧光蛋白(GFP)技术在细胞生物学研究中的应用
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自催化作用都能产生。荧光生色团非常稳定, 不易变性,
用酸、碱处理或者加入盐酸胍都不会使它失去荧光。但是
当pH 值恢复到中性或者移去变性物时,它的荧光又会恢 复到变性前的水平。GFP 的生色团之间是通过共价键结
合。生色团形成的机理目前尚不清楚,但在有分子氧存在
精选完整ppt课件
8
3 广谱性
首先表现在它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;其次就是没有细胞种类和位 置的限制,在各个部位都可以表达,发出 荧光。
精选完整ppt课件
9
4 易于载体构建
由于GFP 较小,只含有238 个氨基酸,编 码GFP 的基因序列也较短,约2.6kb,所
1 对细胞生理过程的监控 在过去的几年中,通过随机和人工诱变得到了许多不同颜色的GFP突
变体。通过基因操作,许多蛋白都成功的与GFP进行了融合,通过这 些融合蛋白就可以对相应蛋白的表达和转运及生理反应进行监控。目 前GFP融合蛋白对细胞内迅速的生理反应的报告大概有三种方式:转 移和定位、GFP光谱的生化修饰、荧光共振的能量转移(FRET)。 Shen[10]等在培养的神经元中发现,细胞内的Ca2+瞬间变化就会 引起GFP标记的钙调蛋白激酶Ⅱ(CaM KⅡ)可逆地易位到突触后膜的 densities上。Shi[11]等用GFP标记来监控α-氨基羟甲基恶唑丙酸 (AMPA)的受体,发现它会从细胞内膜转移到树突棘的表面,根据突 触中AMPA受体的含量可以解释突触沉默、活化的原因和机制。 Siegel[12〕等将野生型的GFP插人Shake K十通道的特殊部位,形 成一个异源嵌合体,这个嵌合体发出的荧光将会随着细胞的去极化作 用而缓慢的减少。相反,Yanagawa[13]等将β-内酰胺酶插人GFP得 到了一个融合体,当此融合体与β-内酰胺酶抑制肽(BLIP)结合时,它 的荧光发射量会大大增加。
对绿色荧光蛋白(GFP)的了解及应用
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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。
绿色荧光蛋白的发展史
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绿色荧光蛋白的发展史绿色荧光蛋白,顾名思义,就是能发出绿色荧光的蛋白质。
听起来有点神奇吧?你要是早些年问我,绿色和蛋白质怎么能扯上关系,我肯定一脸懵逼。
可是,科学家的脑洞大开,绿色荧光蛋白(GFP)就这样在实验室里大放异彩。
还记得第一次听到GFP的时候,我真是震惊得差点把嘴巴张到地板上。
谁能想到,这种小小的蛋白质,居然能够为科学家们打开一扇通往新世界的大门。
绿色荧光蛋白的故事,得从20世纪60年代说起。
当时,有一个叫做野口明的日本科学家,他是个对海洋生物充满好奇的人,尤其是那些能发光的海洋生物。
你知道,海洋里不光有大白鲨、海豚,还有不少会发光的“怪物”。
这些发光的生物怎么发光,怎么那么神奇,野口明当时就一头扎进了研究中。
后来,他发现了一种叫“水母”的小家伙,它身上有一种天然的绿色荧光。
他看到水母在水中发出绿光,就好像一个迷你版的星空,漂亮得不行。
再后来,这种天然的发光物质就被人类给挖掘出来了。
到了1994年,科学家们通过基因工程技术把这种蛋白质从水母里提取了出来,还让它在大肠杆菌里发光,成功了!想想看,当时整个实验室的人都快疯了,大家都知道,这个蛋白质能帮助人类了解很多以前无法观察到的细节。
换句话说,GFP不仅仅是发光,它还给了科学家们一种看透细胞内部的“超级眼睛”。
什么基因在表达?什么蛋白质在工作?这一切不再是谜团。
有了绿色荧光蛋白后,科研工作简直是“芝麻开门”。
通过“标记”技术,科学家们把GFP和其他物质结合,打个比方,这就像是在黑暗中给重要物体装上了一个霓虹灯,让你一眼就能看到。
最关键的是,GFP不需要复杂的化学试剂或者特殊的染料,就能发光。
所以,研究细胞内的动态过程不再是“天方夜谭”。
只要把GFP基因插入细胞,它就能自己发光,甚至可以实时观察到细胞的变化,简直比X光还要方便。
随着研究的深入,GFP不仅被应用到生物学和医学领域,连工程学、材料学也都找到了它的身影。
你想,绿色荧光蛋白在医学研究中有多大的用处!科学家可以用它来追踪癌细胞的扩散,研究病毒如何感染宿主,甚至搞清楚药物的效果如何。
绿色荧光蛋白和其他荧光标记技术的应用
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绿色荧光蛋白和其他荧光标记技术的应用荧光标记技术在现代生物科学中发挥着越来越重要的作用,其中绿色荧光蛋白(GFP)是最为常见和广泛应用的标记工具之一。
本文将介绍GFP以及其他荧光标记技术的原理及其在不同领域的应用。
一、绿色荧光蛋白GFP是由桶形水母(Aequorea victoria)体内自然产生的荧光蛋白,高度稳定并有良好的荧光特性。
GFP可以将外来蛋白分子与自身连通,在激发光的作用下,GFP会将能量转化为荧光,从而实现对蛋白分子内在动力学特性的跟踪和观察。
目前,GFP已广泛应用于不同的生物学研究领域,如生理学、遗传学、生物化学等。
“青蛙标记”技术以及“果蝇标记”技术都是基于GFP原理进行的。
除此之外,谷胱甘肽S-转移酶(GST)也能够发出亮绿色荧光,而GST和GFP的稳定性及荧光强度也有所不同。
因此,在一些特殊实验中,我们也可以选择GST进行蛋白标记。
二、其他荧光标记技术除了GFP,现代生物学中还有很多其他的荧光标记技术,下面我们将依次介绍其中的几种。
1. 荧光成像荧光成像技术是应用荧光标记蛋白对细胞进行可视化的技术。
与生物染色技术不同,通过生物荧光成像技术,我们可以实现对生命体系的实时追踪和监测。
利用荧光成像技术,可以更加准确地了解细胞内蛋白的分布和运动方式,甚至可以实现活体成像。
2. 荧光着色技术荧光着色技术是指将荧光染料着以于细胞内某些特定蛋白上,实现对生物分子分布和运动情况的跟踪。
与荧光成像技术类似,荧光着色技术也可以在实时监测细胞的同时精确地染色蛋白分子。
3. 荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术可以将RNA分子特异地染成特定的颜色,从而更好地观察RNA分子在细胞中的行为和相关代谢途径。
同时,荧光原位杂交技术也为基因诊断、疾病诊断和药物研发等提供了重要的技术支撑。
三、应用荧光标记技术可以实现对细胞活体的实时监测,对RNA分子和蛋白分子的行为进行追踪和分析,同时也可以应用于生物化学实验中的药效评估等多种方向。
绿色荧光蛋白及其在细胞生物学中的应用
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绿色荧光蛋白及其在细胞生物学中的应用绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,简称GFP)是一种源自于海葵的蛋白质,具有绿色荧光特性。
它的发现和应用为细胞生物学研究带来了巨大的突破,成为了生物学研究中的重要工具。
本文将介绍绿色荧光蛋白的特性和它在细胞生物学中的应用。
绿色荧光蛋白的发现和研究始于上世纪60年代末。
由于GFP具有独特的荧光特性,能够发射绿色荧光,并且不需要外源性荧光素或酶辅助作用,使得它成为细胞生物学研究中的理想标记工具。
通过将GFP基因与其他基因融合,研究人员可以追踪和观察特定基因在活细胞中的表达和运动。
GFP的应用广泛涉及细胞生物学的多个领域。
首先,GFP可以用来研究细胞的结构和形态。
通过将GFP与细胞骨架蛋白或细胞器定位蛋白融合,研究人员可以直接观察细胞骨架的分布和细胞器的定位,进而了解细胞的结构和功能。
GFP在细胞生物学中的应用还包括研究蛋白质的亚细胞定位和动态变化。
通过将GFP与感兴趣的蛋白质融合,研究人员可以实时观察蛋白质在细胞中的定位和运动。
这种技术被广泛应用于研究蛋白质的转运、分泌和降解等过程,有助于揭示蛋白质的功能和调控机制。
GFP还可以用于研究细胞的信号传导和相互作用。
通过将GFP与信号分子或蛋白质相互作用的区域融合,研究人员可以观察信号分子的活动和相互作用过程。
这为研究细胞信号传导通路的调控机制提供了有力的工具。
除了在基础研究中的应用,GFP还被广泛用于生物荧光成像和生物医学研究。
通过将GFP标记的细胞或组织注射到动物体内,研究人员可以实时观察和追踪细胞或组织的活动和变化。
这种技术被应用于研究胚胎发育、神经元活动、肿瘤生长等过程,对于理解生物学的机制和疾病的发生发展具有重要意义。
总结起来,绿色荧光蛋白作为一种重要的标记工具,为细胞生物学研究提供了强大的支持。
通过GFP的应用,研究人员可以实时观察和追踪细胞和蛋白质的活动,揭示细胞的结构和功能,以及了解生物学的机制和疾病的发生发展。
绿色荧光蛋白的应用及其最新研究进展
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生命奥秘
Martin Chalfie则证明了GFP在作为多种生物学现象发光遗传标记方面的应用价值。 钱永健为我们阐明了GFP发光的机制,并且发现了除绿色之外可用于标记的其它颜色。他对细胞生物学 和神经生物学领域的贡献具有划时代的意义。他的多色荧光蛋白标记技术让科学家能够用不同颜色对多个蛋 白和细胞进行标记,从而实现了同时对多个生物学过程进行追踪。 现在,三位科学家的研究成果已经作为标记工具在生物科学中得到广泛应用。
Tsien. Interview by Ruth Williams, , 179 (1):6-8.
二、 GFP在生命科学研究中的应用
1. GFP在蛋白质相互作用研究中的应用
在活体内检测蛋白与蛋白相互作用,对 我们理解生物学过程至关重要。研究蛋白质相 互作用的经典技术是酵母双杂交系统。它是一 个基于转录因子模块结构的遗传学方法,由 Fields和Song等人于1989年首次建立,随后在 蛋白相互作用研究领域广泛应用。酵母双杂交 系统的实验过程,就是将已知蛋白作为诱饵蛋 白,在系统中捕获与其相互作用的蛋白质。来 源于水母的GFP在此系统中得到了广泛应用, 人们可用它直接监测蛋白质与蛋白质的相互作 用。
图7 EGFP作为报告蛋白的酵母双杂交系统原理示意图。EGFP 的N-末端和C-末端分别与诱饵蛋白(已知蛋白)和靶蛋白融合 表达。当诱饵蛋白与靶蛋白发生相互作用,荧光发色团就被拉 近,EGFP就发出荧光。
图片来源:The Protein Journal
1.1 构建分离的EGFP报告质粒
以分离的EGFP作为酵母双杂交系统的报告基因有明显的优势,因为它不需要外源底物及辅助因子就能 发出荧光。从理论上讲,该报告系统的基础是酵母中蛋白与蛋白间发生相互作用后,被分开的荧光蛋白片段 会再次互相结合从而发出荧光。EGFP报告质粒包括pNEGFP和pCEGFP。构建模式见图8。
绿色荧光蛋白标记技术原理
![绿色荧光蛋白标记技术原理](https://img.taocdn.com/s3/m/cb2ca735571252d380eb6294dd88d0d232d43c75.png)
绿色荧光蛋白标记技术原理绿色荧光蛋白标记技术,听起来是不是有点高大上?其实它的原理并不复杂,就像在大自然中,有些动物能发光一样,比如那些闪闪发光的小水母。
科学家们发现了一种叫做绿色荧光蛋白(GFP)的东西,这种蛋白质在紫外光照射下会发出绿色的光,简直像是给细胞穿上了炫酷的衣服,让它们闪闪发亮。
想象一下,细胞们聚在一起,争相展示自己的“荧光衣”,那画面得多好看啊!好啦,咱们先来聊聊这项技术的基础。
绿色荧光蛋白最初是从一种叫水母的生物中提取出来的。
科学家们就像小侦探一样,四处寻找那些能发光的生物,最终在水母的身上找到了这个神奇的蛋白。
这种蛋白质不仅能发光,还特别稳定,几乎不容易被破坏。
这就让科学家们兴奋得像得了彩票一样,因为它可以用来标记细胞、观察细胞的活动,简直是生物研究中的一把“瑞士军刀”。
科学家们开始想办法把绿色荧光蛋白引入其他生物中。
这就像给细胞做手术,把这个发光的小家伙植入它们的基因里。
经过一番操作后,细胞就能发光了,仿佛在说:“看!我也能发光!”这让研究人员能够实时观察细胞的行为,了解它们是怎么工作的。
这种技术的应用可广泛了,不光是基础研究,在药物开发、疾病诊断方面都有大显身手的机会。
就好像在厨房里,厨师用不同的调料做出各种美味,绿色荧光蛋白也为科学研究增添了无限可能。
再来聊聊这个技术的实际应用。
科学家们用绿色荧光蛋白标记不同类型的细胞,比如肿瘤细胞、神经细胞等等。
比如说,研究肿瘤的时候,科学家可以将肿瘤细胞标记上绿色荧光蛋白,然后用显微镜观察它们的生长和扩散,简直就像是在看一场细胞的“真人秀”。
通过观察细胞的行为,研究人员能够发现肿瘤是如何发展的,甚至能找出一些新药物的靶点。
再比如,在神经科学研究中,科学家们利用这个技术可以标记神经元,观察神经元之间是如何传递信号的。
想象一下,神经元就像一个个小小的邮递员,负责送信,绿色荧光蛋白就好比是邮递员的制服,让它们在复杂的网络中一目了然。
研究人员能清楚地看到哪些神经元在工作,哪些在休息,这对了解大脑功能、治疗神经系统疾病至关重要。
绿色荧光蛋白在生物科研中的应用与发展
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绿色荧光蛋白在生物科研中的应用与发展绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)是一种广泛用于生物科研的工具蛋白,它源自于一种发光生物——海葵。
GFP具有自发的荧光特性,能够发出绿色的荧光信号,并且能够与其他蛋白质一起被观察、追踪。
GFP的发现与利用,为生命科学领域带来了一场革命,被广泛应用于光遗传学、分子标记、细胞成像等多个领域。
在本文中,我们将介绍GFP的应用及其在生物科研中的发展情况。
一、GFP的发现与基本原理1992年,日本科学家下村脩祐在对海葵的研究中,发现有一种名为GFP的蛋白质,它能够在紫外光的照射下自发发出绿色荧光。
1994年,美国生物学家马丁·查尔芬(Martin Chalfie)和罗杰·钱(Roger Tsien)证实了GFP的自发荧光特性,并通过转基因技术成功将GFP导入到非常规高等生物体系中,开创了GFP的应用前景。
GFP的发光原理与其他荧光染料不同,它并不需要诱导剂的作用或化学反应的参与。
GFP的分子结构由238个氨基酸组成,可以自行折叠成一个波浪形的结构,其中蛋白“心脏”的中心是一个色团,称为色素环(chromophore),这个环的结构与化学状态有机会决定了GFP发射绿光荧光的特性。
GFP的发光特性具有“自发、可重复、非侵入性、可监测、可定量化、标记靶点准确”的优点,成为生物科学研究中广泛使用的荧光标记分子。
二、GFP在光遗传学的应用光遗传学是指应用光敏感蛋白和分子工程技术对生物活动进行精准控制和实时监测的技术。
GFP在光遗传学研究中被广泛应用,主要用于驱动离子通道、激酶和离子泵的表达。
通过对这些因子的定向表达,可以研究光敏感信号的传递、光学信息的处理和细胞感知。
GFP的分子可以通过基因克隆技术导入到目标细胞或组织中,与其他光敏感蛋白一起被利用为光敏受体。
结合光学影像技术,研究人员可以通过光刺激来操作蛋白质的表达、离子流动、膜的通透性等,从而研究细胞和生物体系中各种生理或病理情况的变化。
3绿色荧光蛋白GFP研究进展
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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。
绿色荧光蛋白的研究
![绿色荧光蛋白的研究](https://img.taocdn.com/s3/m/0cd24e97b8f3f90f76c66137ee06eff9aff84944.png)
绿色荧光蛋白的研究绿色荧光蛋白(GFP)是一种具有广泛应用潜力的蛋白质。
它最早于1962年由日本科学家Shimomura等人发现于发光蛇鳝体内。
GFP具有天然荧光特性,可以在无需额外处理的情况下发出绿色荧光。
这种荧光特性使得绿色荧光蛋白成为生物显微镜技术中重要的工具,尤其是在细胞和分子生物学领域。
GFP的发现对生物学研究产生了巨大的影响。
科学家通过对GFP的研究,发展出了一系列基于GFP的标记和追踪技术。
通过将GFP与其他感光蛋白质或标记融合,科学家可以实现对细胞、分子和生物过程的实时观察。
绿色荧光蛋白具有三个重要的特点,使其成为生物成像和研究的理想工具。
首先,GFP可以通过外部激发光信号而发出绿色荧光,不需要添加额外的显微染色剂。
这使得GFP成像更加简单和可靠,并且减少了对样本的干扰。
其次,GFP可以在许多不同的物质中发出强烈的荧光。
这意味着它可以用于不同类型的细胞和组织的研究。
第三,GFP蛋白的C末端可以与其他蛋白质发生共价结合,从而实现与其他蛋白质的特异性标记或连接。
这使得科学家可以通过观察和追踪GFP标记的蛋白质来了解其在细胞和生物过程中的功能和动态。
GFP的在显微镜技术中的应用已经得到了广泛的验证和应用。
通过将GFP标记的蛋白质导入细胞中,科学家可以实时观察这些蛋白质在细胞内的位置和动态变化。
这种技术被广泛应用于细胞分裂、细胞分化和细胞运动等领域的研究。
此外,GFP也被用于追踪细胞迁移、信号传导和细胞互作等生物过程。
这些应用在研究癌症、神经系统疾病和生物发育等领域都具有重要的价值。
除了在生物学研究中的应用,GFP还被广泛应用于生物医学和环境科学中。
绿色荧光蛋白的高度荧光性能使其成为生物传感器的理想选择。
通过将GFP与特定的检测分子或基因组合,科学家可以设计出高灵敏度和高选择性的生物传感器来检测特定的目标物质。
这种荧光传感器可用于检测环境中的有害物质、药物治疗的有效性、疾病的早期诊断等。
荧光蛋白在生命科学中的应用
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荧光蛋白在生命科学中的应用荧光蛋白是一种在生物体中普遍存在的分子,其特殊的荧光性质使得它在生命科学中应用广泛。
从基础研究到应用技术,荧光蛋白都扮演着不可或缺的角色。
一、荧光蛋白的发现荧光蛋白最初是在水母中被发现的。
上世纪60年代,美国科学家奥索瓦尔德(Osawa)等人从普通水母中分离出了发光的物质。
经过进一步的研究,他们发现这种物质是一种蛋白质,并具有绿色荧光。
这一发现引起了生命科学界的广泛关注,并成为荧光蛋白研究的开端。
二、荧光蛋白的性质荧光蛋白主要由氨基酸组成,其中最重要的是蛋白质的折叠结构。
荧光蛋白的核心结构是一个环状的肽链,包含环柄和环尾两个区域。
环柄包含了内外摆动的苯丙氨酸(Tyr)和色氨酸(Trp)残基,而环尾则包含了荧光染色团。
荧光蛋白的最大特点是能够发出光。
它的发光机理是通过吸收外界光束,激发荧光染色团电子的激发,产生高能激发态。
激发态电子回到基态,会释放出光子,产生荧光。
三、荧光蛋白的应用荧光蛋白在生命科学中的应用有很多。
下面将介绍其中的一些典型应用方式。
(一)标记生物分子荧光蛋白可以通过分子生物学方法定向结合到各种生物分子上,如蛋白质、核酸或脂质等。
荧光标记的生物分子可以用于观察细胞活动、分子交互作用、蛋白分泌与合成等过程,以及各种生物反应、生物信号传导等方面的研究。
(二)绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白(GFP)是一种最常用的荧光蛋白,被广泛用于分子生物学中。
GFP不仅自带荧光,而且可背离其宿主基因组,作为外源物质独立表达。
因此,将GFP结合到生物体内的特定靶点上,可以标记和追踪生命活动,对生物学研究产生了革命性的影响。
(三)荧光共振能量转移荧光共振能量转移(FRET)是一种非常有效的关于分子间距离和分子间作用的技术。
通过将荧光蛋白标记到生物分子上,可以测量基于FRET技术的分子交互作用,如蛋白质复合物形成和生物反应的过程等,这为分子生物学研究提供了强有力的手段。
(四)荧光细胞成像荧光蛋白广泛用于细胞成像研究。
绿色荧光蛋白在生物医学研究中的应用
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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,然后通过观察GFP标记的表达情况,来判断基因治疗的效果。
这种方法非常简单、直接,而且可以提供非常可靠的数据支持,为基因治疗的推广打下了坚实的基础。
IV. GFP技术的优缺点GFP技术具有许多优点,其中最重要的一点是其易于使用和轻松操作。
绿色荧光蛋白在细胞标记及活体示踪领域的应用
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绿色荧光蛋白在细胞标记及活体示踪领域的
应用
绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)是一种自产荧光的蛋白,可以被激发后在紫外线(395nm)和可见光(488-
525nm)波段发射出混合颜色的强荧光,强度可达百万倍,亮度远远大于其它传统的荧光染料。
由于其发射有一定的特色特性,它把荧光技术带入了神经生物学、免疫学、基因工程及细胞活性方面的研究,成为生物学研究的一个必备技术。
绿色荧光蛋白可通过其自身荧光特性,被用于直接示踪细胞活性或示踪特定细胞;另外,随着荧光量子产生技术和双靶物质荧光示踪的发展,绿色荧光蛋白也可被用于活体成像,细胞分选等多种应用。
绿色荧光蛋白被人们重视的原因是,它既可被作为细胞标记的唯一的荧光标记,又可用作荧光增强剂,从而可以永久示踪特定的细胞,同时,由于GFP本身就具有荧光特性,还可以用于活体细胞成像,以及其他领域。
GFP在生命科学中的应用
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绿色荧光蛋白(GFP)在生命科学中的应用生命科学学院2011级2011012911 姜悦绿色荧光蛋白(GFP)是海洋生物水母体内的一种发光蛋白,最早是从华盛顿维多利亚水母体内克隆得到的。
GFP本身具有发光功能的荧光基团,无需特殊的辅助因子或其他蛋白的参与。
在近几年的生命科学研究中,GFP已经成为跟踪活组织或活细胞内基因表达及蛋白质定位的标记物,这一方法日益成熟,成为基因转录调控、时相表达、蛋白质定位、转基因动物、细胞骨架等研究的有效手段。
GFP在组织中表达产生内在的荧光,从而可以标记一些正常的细胞学过程,再借助一些高分辨率的显微荧光光学仪器就可以监控这些动态过程。
一、GFP基因作为报告基因在生命科学中的应用GFP基因是一种标志基因,带有该基因的物种会发生荧光反应。
GFP基因往往与其他物种的功能基因一起植入实验物种的细胞,转基因得到的新物种如果出现荧光反应,则与GFP基因同时植入的其他物种的基因也应该存在于转基因物种的细胞内。
《海洋科学》2011年第35卷第9期报道的《杜氏盐藻叶绿体ATP合酶α亚单位基因启动子的克隆及初步功能分析》(谷辉辉,冯书营,潘卫东,李杰,薛乐勋)中就利用GFP基因作为一种报告基因。
目前, 虽然已经利用盐藻的核转化系统表达了一些外源基因,但是外源基因在细胞核转化时容易发生基因沉默、表达量低等现象,为此,研究者进行了转化盐藻叶绿体而非转化细胞核的尝试。
研究者采用DraI、EcoRV、PvuII、ScaI、SmaI 和StuI六种内切酶消化杜氏盐藻叶绿体基因组DNA,与相应DNA接头连接, 构建成无载体连接的盐藻叶绿体GenomeWalker DNA文库。
利用长距离PCR技术从该文库中克隆得到ATP合酶α亚单位基因上游序列1347bp。
启动子特征分析显示该序列具有一般启动子的保守序列特征,根据这些特征设计引物,扩增4个5′端系列缺失的启动子片段,并用绿色荧光蛋白基因作为报告基因,构建启动子5′端系列缺失重组质粒,以期鉴定不同启动子片段驱动报告基因转录的活性。
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GFP 晶体结构显示 , 蛋 白质中央是一个罐形结构 , 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 , 罐的 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。
水母体内有一种发光 蛋白——Aequorin, 它与钙离子结合时会 发出蓝光,这道蓝光 立刻被一种蛋白吸收, 从而发出绿色萤光。
这种捕获蓝光、发出 绿光的蛋白质,就是 GFP
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
发光过程
• 水母发光蛋白发出的蓝光通过能量转移激 发GFP发出绿光
1. 水母发光蛋白 钙离子 脱辅水母发光蛋白+氧化荧光素+蓝光
于 向 人 们 展 示 了
他 获 奖 的 主 要 贡
亚 大 学 生 物 学 教
沙 尔 菲 , 美 国 哥
先 认行物水其年医家化迭现钱 驱 为的来母主沃学科学戈为永
。是 生 追 发要 尔 院学 系 分美健
这 物 查 出贡 夫 院院 教 校国, 方 反 实 绿献 医 士院 授 生加美 面 应 验 光在 学 ,士 、 物州籍 公,室的于奖 、美化大华 认他内化利得 国国学学裔 的被进学用主 家国及圣,
钱永健的主要贡献在于利用 GFP来追踪追踪多种生物细 胞进行的生物反应,他是这 方面公认的先驱。
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绿色荧光蛋白的研究史
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。 1997年10月18-22日在美国New-Jersey专门召开了一次关于 GFP的国际会议。
A test tube containing a sample of a cyan (greenish-blue) fluorescent protein from a sea anemone illuminated by ultra-violet light from below.
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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。
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马丁·沙尔菲
如果说下村修是绿色荧 光蛋白的“接生婆”, 沙尔菲则是绿色荧光蛋 白的价值发现者。
马丁·沙尔菲等对实现 GFP的基因表达做出了突 出的贡献
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绿色荧光蛋白的分子生物学 及其应用
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The Nobel Prize ithe discovery and development of the green fluorescent protein, GFP"
• 绿色荧光蛋白 蓝光 绿光
• 水母素在钙离子的刺激下发光,其能量可转移到 GFP上,刺激GFP发光。这是物理化学中已知的荧 光共振能量转移(FRET)在生物中的发现。
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下村修
下村修因此成为 首位从水母中分 离出GFP,并发现 这种蛋白质在紫 外光下呈亮绿色 的科学家,他被 誉为生物发光研 究的第一人
。
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绿色荧光蛋白的研究史
1962年Shimomure等首先从维多利亚水母(Aequorea Victoria) 中分离出了GFP (Green-Fluorescent Protein) 。
维多利亚水母 (Aequorea Victoria)
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绿色荧光蛋白的研究史
2007年1月7日,东北农业大学刘忠华教授主持的转基因克 隆猪课题获得成功。中国首例绿色荧光蛋白转基因克隆猪 成功产下2头具有绿色荧光遗传特征的小猪。这是继美国、 韩国、日本之后第四例成功通过体细胞核移植方式生出的 绿色荧光蛋白转基因克隆猪。
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绿色荧光蛋白的结构解析
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绿色荧光蛋白的结构解析
维多利亚水母 GFP的cDNA编码区全长717nt
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绿色荧光蛋白的结构解析
维多利亚水母 GFP由 238 aa组成,分子量约 27 kD
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Osamu Shimomura Martin Chalfie
Marine Biological Laboratory, Woods Hole, MA, USA; Boston
Columbia University
University Medical School New York, NY, USA
Massachusetts,
MA, USA
Roger Y. Tsien
University of California San Diego, CA, USA;
Howard Hughes Medical Institute
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2008年诺贝尔化学奖获得者及其贡献
2004 ·
1962
第被中 海士国业古下 一誉发 洋顿普后屋村 人为现 生大林赴大修 。生 了 年物 学 斯 美 学 ,
物 荧 从实 和 顿 , 理 日 发 光 一验 伍 大 先 学 本 光 蛋 种所 兹 学 后 博 人 研 白 水工 霍 、 在 士 , 究 , 母作 尔 波 美 毕 名
。
域 于这光绿献授伦 马
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理 学 和 医 学 等 领
技 术 被 广 泛 运 用
遗 传 标 签 的 作 用 ,
荧 光 蛋 白 作 为 发
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。
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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。
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钱永健
钱永健在改造GFP方面取得 了卓越的成就。1995年,他 完成的单点突变(S65T)显 著提高了GFP的光谱性质, 起荧光强度和光稳定性也大 大增强。