绿色荧光蛋白

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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。

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绿色荧光蛋白 发现

       
日本科学家下村脩1962 年在普林斯顿大学做研究的时候,从一种特殊水母中提取水母素时,偶然发现一种在紫外光下可以发强烈绿色的蛋白─绿色荧光蛋白(GFP)。

绿色荧光蛋白 发光原理

       

这种水母体内含有一种生物发光蛋白质——aequorin,它本身发蓝光。GFP能把这种光转变成绿色,也就是当水母容光焕发的时候我们实际看到的颜色。GFP的纯溶液在典型的室光下呈黄色,但是当被拿到户外的阳光下时,它会发出鲜绿的颜色。这种蛋白质从阳光中吸收紫外光,然后以能量较低的绿光形式发射出来。

绿色荧光蛋白 特性

       
绿色荧光蛋白 绿色荧光蛋白

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。

而GFP需要在氧化状态下产生荧光,强还原剂能使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。而一些弱还原剂并不影响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。

并且该物质会在短波长的蓝光照射下散发出绿色荧光,而这样的发光特性就可作为研究人员用来观察与辨识的标记物,藉此观察某个生物体内或是特定细胞中的变化与发展。所以,这也是为什么绿色荧光蛋白基因又被称之为报导基因(reporter gene) 的缘故,顾名思义就是它可以成为带领研究人员了解研究变化与发展的引路员、扮演向科学家报告来龙去脉的关键角色。

绿色荧光蛋白 作用

       

绿色荧光蛋白最大的作用,就是让原本看不见的研究变化变得显而易见,让科学家更能藉由绿色荧光蛋白之助来追踪与观察细胞与基因的发展及走向,这项发现对生命科学领域来说帮助尤其大,让研究人员可以更精确掌握到特定细胞的变化历程。

绿色荧光蛋白 用途

       
绿色荧光蛋白 绿色荧光蛋白

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

有助于抗癌药物研发

以癌症医学为例,科学家若想了解肿瘤在生物体内的发展与变化,只需要把绿色荧光蛋白转入癌细胞中,再将癌细胞移植到被研究的生物体内。如此一来,科学家就可藉由绿色荧光蛋白会发光的特性来清楚观察癌细胞在生物体的大小与位置。另一方面,科学家也可以藉此来判断某些新研发药物到底有没有具备抗癌功效,藉由荧光蛋白会发光的特性来辨识癌细胞是否有因为药物的注入而缩小改善或是继续分裂增生,藉此作为日后发明抗癌药物或新兴疗法的研究依据。

除了作为科学家追踪与观察的研究标记物外,绿色荧光蛋白的另个贡献就是让活体研究更为可行,由于绿色荧光蛋白本身对生物不会造成负面影响,因此科学家只需要透过荧光灯的照射,就可清楚辨识出会散发绿色荧光的细胞变化,不需要再像过去那样为了解生物体内的细胞发展而必需重复解剖实验白老鼠等生物,不但大大提高研究效率,也让研究方法更为人道。

绿色荧光蛋白的应用绿色荧光蛋白的应用

为活体研究带来变革

在绿色荧光蛋白还没问世之前,以往的动物实验都得将动物麻醉及解剖后,才能了解动物体内的细胞发展与肿瘤变化等历程,不但耗时,也让动物实验容易因为缺乏活体研究而失去准确性。

绿色荧光蛋白为科学研究带来革命性改革,让许多领域都能因此而受惠罗能文指出,绿色荧光蛋白的发现不只可以提升癌症医学与再生医学的研究发展、强化观察与辨识细胞变化的辨识度,更有助于光学仪器产业的显微镜技术研发,让光学业者可以制造出更便于观察研究的高阶光学仪器,应用可说是相当多元化。

绿色荧光蛋白 应用

       

1、骨架和细胞分裂 如:果蝇中MEI-S332蛋白

2、细胞器动力学和泡囊运输 如:细胞骨架动力学和胞内运输

3、发育生物学 如:分析果蝇神经发育的不对称性细胞分裂

4、神经生物学 如:神经极性发育

有了这些荧光蛋白,科学家们就好像在细胞内装上了“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贡献,他们与绿色荧光蛋白的发现者下村修共享了2008年的诺贝尔化学奖。

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其他内容来源:
Nature
世界日报 得獎學術成就 改造綠色螢光蛋白
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开放分类: 我来补充
2008年诺贝尔奖
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