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)2008210225收稿,2008211204接受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GreenFluorescentProteinMaJinshi(InstituteofChemistry,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190)AbstractGreenfluorescentprotein(GFP)wasdiscovered46yearsagofromAequoreaVictoria,itcanemitgreenlightunderexcitationofblueorUVirradiation.GFPasamarkerforgeneexpressionandlocalizationofgeneproductshasbeenwidelyusedinlifesciencesforthepastyearsbecauseofitsstablestructureandphotophysicalpropertyandeasyexpressionincells.AbriefintroductionontherelationshipofaequorinandGFP,GFPstructure,chromophoreformation,andthemechanismofbioluminescence,alsothevariants,characteristicandapplicationarepresentedinthispaper.KeywordsGreenfluorescentprotein,Geneexpression,Structure,Chromophore,Bioluminescence由于对绿色荧光蛋白(GreenFluorescentProtein,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(OsamuShimomura)、马丁·沙尔菲(MartinChalfie)和美籍华裔化学家钱永健(RogerYTsien)。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·342·http:ΠΠwww.hxtb.org化学通报2009年第3期©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net看,海产多,陆地上见得最多的是萤火虫。深海中太阳光照射不到,一片黑暗,自身发光是彼此传递信息的唯一来源。深海中缺乏海洋植物,无海藻可吃,要维持生命就靠“大鱼吃小鱼”,“弱肉强食”养活自己。因此自身发光的作用就显得非常重要。1885～1887年,Dubios首先从磕头虫(Clickbettle,Pyrophorus)和蛤(Clam,Pholasdactylus)中发现了对热稳定的荧光素(luciferin)和对热不稳定的荧光素酶(luciferase)。荧光素是一种小分子有机化合物,生物发光过程就是荧光素在荧光酶存在条件下被氧化成处于激发态的氧化荧光素(oxyluciferin),激发态回到基态时就发出光和得到氧化荧光素。荧光素+O2(或H2O2)荧光酶[激发态氧化荧光素]3氧化荧光素+光不同的发光生物具有不同的荧光素和荧光素酶。生物发光是将化学能转化为光能,可以认为是一种化学发光。陆产和淡水产的发黄绿-橙黄色光,海产的一般发蓝光,由于蓝色光比其他颜色传播得更远,在水中容易被感知,因此是海洋生物发光的首选。海洋生物中,对腔肠动物(coelenterate)中的软体珊瑚虫海肾或称海三色紫罗兰(SeaPansyRenillareniformis)、水母纲的多管水母Aequoreavictorin研究得比较多。水母的整体或分离...
