綠色熒光蛋白

綠色熒光蛋白(Green fluorescent protein，簡稱GFP)，是一個由約238個氨基酸組成的蛋白質，從藍光到紫外線都能使其激發，發出綠色熒光。雖然許多其他海洋生物也有類似的綠色熒光蛋白，但傳統上，綠色熒光蛋白（GFP）指首先從維多利亞多管發光水母中分離的蛋白質。這種蛋白質最早是由下村脩等人在1962年在維多利亞多管發光水母中發現。這個發光的過程中還需要冷光蛋白質水母素的幫助，且這個冷光蛋白質與鈣離子可產生交互作用。

在維多利亞多管發光水母中發現的野生型綠色熒光蛋白，395nm和475nm分別是最大和次大的激發波長，它的發射波長的峯點是在509nm，在可見光譜中處於綠光偏藍的位置。綠色熒光蛋白的熒光量子產率（QY）為0.79。而從海腎(sea pansy)所得的綠色熒光蛋白，僅在498nm有一個較高的激發峯點。

在細胞生物學與分子生物學中，綠色熒光蛋白(GFP)基因常用做報告基因(reporter gene)。綠色熒光蛋白基因也可以克隆到脊椎動物(例如:兔子)上進行表現，並拿來映證某種假設的實驗方法。通過基因工程技術，綠色熒光蛋白(GFP)基因能轉進不同物種的基因組，在後代中持續表達。現在，綠色熒光蛋白(GFP)基因已被導入並表達在許多物種，包括細菌，酵母和其他真菌，魚（例如斑馬魚），植物，蒼蠅，甚至人等哺乳動物的細胞。

1962年，已經有文獻報道科學家從多管水母屬的發光型水螅水母（luminous hydromedusan Aequorea）中提取到了具有生物發光性質的蛋白質。到了上世紀70年代，對生物發光的現象才有了一些新的進展。有科學家研究了多管水母屬生物發光系統的分子內能量轉移。到了九十年代初，科學家才克隆到GFP的cDNA，並且研究了其表達的氨基酸序列，發現 gfp 10 cDNA 編碼238個氨基酸肽段。研究A. victoria GFP 基因克隆，發現GFP基因上面有三個限制性酶切位點。這對後續科學家瞭解其結構有很大的幫助。

1994年2月，M. Chalfie 等人創造性的將GFP分別在Escherichia coli和Caenorhabditis elegans細胞中表達，並得出結論由於GFP發光並不需要其他底物或者共同作用因子，所以GFP的表達可以用來在活體中監測基因表達和蛋白質的定位。從那以後的一段時間內，有無數的研究者投入到GFP相關的研究。就在 M. Chalfie 的報道過去一個月左右，Tsuji 等人就在E. coli中融合表達了GFP 蛋白，並且 GFP 在生物體中的激發光譜和發射光譜與自然條件下沒有明顯區別。由於 GFP 在生物體中的熒光強度不夠強，因此很難應用到實際的科學研究中。1995年，Tsien 等人提升了 GFP 發光強度，極大的推動了 GFP 在生物學研究的應用。緊接着在1996年8月 F. Yang 等人就解析出了GFP的分子結構，GFP蛋白是圓桶狀，由11個β-摺疊形成外周，裏面有一個α-螺旋，圓桶的兩端是一些不規則捲曲。同年9月，Tsien 等人就解析出了GFP的晶體結構，並闡明其發光原理。還有一些科學家通過製造突變體來篩選更優的GFP，比如：對pH敏感的GFP、專門應用於植物細胞研究的GFP，等等。除了優化GFP之外，很多科學家開拓思維，將GFP蛋白的應用推廣到很多研究領域，2002年，David A. Zacharias 等人就將GFP蛋白應用到膜蛋白的研究。同年，GFP蛋白甚至被做成了Zn生物探測器。

野生型綠色熒光蛋白，最開始是 238 個氨基酸的肽鏈，約 25KDa。然後按一定規則，11 條β-摺疊在外周圍成圓柱狀的柵欄；圓柱中，α-螺旋把髮色團固定在幾乎正中心處。髮色圖被圍在中心，能避免偶極化的水分子、順磁化的氧分子或者順反異構作用與髮色團，致使熒光猝滅。

熒光是熒光蛋白最特別的特點，而其中的髮色團起着主要的作用。在 α-螺旋上的 65、66、67位氨基酸——絲氨酸、酪氨酸、甘氨酸經過環化、脱氫等作用後形成髮色團。有意思的是，髮色團形成過程是由外周柵欄上的殘基催化，底物只需要氧氣。這暗示綠色熒光蛋白被廣泛用於不同物種的潛力：在不同物種中能獨立表達成有功能的蛋白，而不需要額外的因子。不過，現在依然在討論準確的過程。

髮色團上的共軛 π鍵能吸收激發光能量，在很短的時間後，以波長更長的發射光釋放能量，形成熒光。 ^[1] 

由於熒光蛋白能穩定在後代遺傳，並且能根據啓動子特異性地表達，在需要定量或其他實驗中慢慢取代了傳統的化學染料。更多地，熒光蛋白被改造成了不同的新工具，既提供瞭解決問題的新思路，也可能帶來更多有價值的新問題。

熒光顯微鏡

主條目：熒光顯微鏡

GFP和它的衍生物的可用性已經徹底重新定義熒光顯微鏡，以及它被用來在細胞生物學和其他生物學科的方式。其中，最令人興奮的就是用於超分辨顯微鏡成像。 ^[3]