绿色荧光蛋白的研究

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。

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。

绿色荧光蛋白的研究史

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。

⏹2008年诺贝尔化学奖奖予在绿色荧光蛋白研究方面有突出

贡献的三个科学家。

绿色荧光蛋白的结构解析

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

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

绿色荧光蛋白的结构解析

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。

绿色荧光蛋白的结构解析

A topology diagram of the folding pattern in GFP. The -sheet strands are shown in light green, a-helices in blue, and connecting loops in yellow. The positions in the sequence that begin and end each major secondary structure element are also given. The anti-parallel strands (except for the interactions between strands 1 and 6) make a tightly formed barrel.

绿色荧光蛋白的结构解析

The green fluorescent protein

GFP consists of 238 amino acids,

linked together in a long chain.

This chain folds up into the shape

of a beer can. Inside the beer can

structure the amino acids 65, 66

and 67 form the chemical group

that absorbs UV and blue light,

and fluoresces green.

绿色荧光蛋白的罐形结构

绿色荧光蛋白的结构解析

The dimer contact region.

The two polypeptide chains

associate over a broad area, with

a small hydrophobic patch (in

the yellow box) and numerous

hydrophilic contacts. The two-

fold symmetry axis is in the plane

of the page, and is marked by the

red arrow. The polar residues are

marked with red atoms for

oxygen and blue for nitrogen.