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荧光蛋白 - 从开始到诺贝尔奖

荧光蛋白是最近荧光显微镜的基础及其现代应用。他们的发现和随之的发展是上世纪生命科学最令人兴奋的创新之一,以及无数天然现象的解读的起点。本文致力于通过投入其科学参与参与荧光蛋白命运的人。它应该在其开始到诺贝尔奖中的最美丽的生化工具之一的漫长道路中深入了解。

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早期荧光观察

荧光蛋白的兴趣可以追溯到第一世纪A.D。当罗马自然哲学家普利老年人[1](Gaius Plinius secundus,23 A.D. - 79 A.D.)描述了地中海的发光水母(Pulmo Marinus)。在他的眼中,这些动物的光线发出了这种强度,即它几乎可以用作火炬(Bohn,1855)。除了这个水母旁边,有丰富的其他有机体吸引着我们的注意力,因为它们在黑暗中发光。事实上,他们不这样做是为了抓住我们的钦佩,而且,在其他理论中,与他们的消费品沟通(Fireflies竞争他们的伴侣),例如,吸引猎物(Frogfish,或吓唬掠夺者(Bobtail Squid。)。其中一些迷人的生物生活在黑暗的世界 - 如深海 - 光线是一个原始财产。然而,只有海洋的上部200米被阳光渗透,在该边界下面唯一的现有照明是由在那里生活的生物产生的。

使用化学发光和荧光来发光,进化发出了最近生物化学和细胞生物学的最令人印象深刻和强大的工具之一,这是基于几个人的科学好奇心。他们的努力和发现应在以下内容提到。

随着中世纪后自然科学的兴趣,西班牙医师和植物学家尼古拉斯蒙林的人描述了1565年由木瓜肾病制成的闪闪发光的木质提取物。后来这种光可以归因于发现的黄酮类化合物的氧化产物在这种植物中,并显示出来的发光不仅限于动物。超过三个世纪以来(1858年)乔治加布里埃尔斯托克斯,爱尔兰数学家和物理学家,形成了这种自然发生现象的名称:荧光。他在蓝色发光矿物质源于矿物萤石并扩大了从植物中的动物辐射物体的观察到石头。

GFP的突破

近代的第一项研究人员之一,他开始了荧光蛋白的系统探索,是日本生物化学师奥萨马·甲米马拉。他分享了富荧光水母的普罗宁老年人的兴趣,并在1960年代初作为他的“欲望对象”成立了Aequorea Victoria。Shimomura被A.维多利亚迷住,因为它能够通过荧光发射绿光。它的栖息地是在太平洋,它是在贝类和其他水母上喂食。在所谓的发光器官中产生光,该发光器官布置在有机体下侧的环上。Shimomura,他已经在他毕业期间对一些种子虾的荧光素进行了研究,解剖这些器官并通过含量微弱的发光浆料通过筛子挤压它们。通过这样做,千分之一的水母ShimoMura的努力是由化学发光蛋白Aequorin的提取和纯化的贡献[2]。后来发现AEQUORIN负责发射蓝光,这是由于其在钙依赖性反应中氧化的荧光素酶中的作用。荧光素酶是与发射光发射相关的化学反应中的底物(荧光素)氧化它们的底物(荧光素)。

图1,2:水母Aequorea维多利亚。资料来源:SSBlakely,通过Wikimedia Commons

尽管如此,有这种令人费解的问题为什么在提取中发出蓝光,而完整的生物呈绿色闪闪发光?几年来,它采用了Shimomura和同事来解决这个谜团。但最终他们的研究表明,来自Aequorin的蓝光只是另一个闪闪发光的蛋白质的能量来源 - 水母绿色荧光蛋白(GFP.)。他们意识到Aequorin发出的光被吸收GFP.使用这种能量产生绿色荧光。

在凯旋行动中的下一个分裂步骤GFP.必须等待20世纪70年代克隆技术的发明。这是美国微生物学家Douglas Prasher的工作,他们克隆了完整的GFP.1992年第一次第一次[3.]。在他在格鲁吉亚大学的同事米尔顿鸬鹚一起准备了A. Victoria cdna图书馆之前,知道已经是前景GFP.。不幸的是,美国癌症社会的奖金资助在他开始表达重组之前遇到了GFP.在细菌中。

初步怀疑GFP.不会在普林斯查尔弗弗里省,这是一个可以从Prasher的初步工作中受益的美国生物学家抹去的水母。通过介绍这一点GFP.Gene进入大肠杆菌和线虫C.秀丽隐形人物,他可以表明没有其他水母特异性蛋白质或产生绿色发光所需的因素[4.]。

Live Cell成像中的GFP

随着这种体验,门被打开了绿色荧光蛋白,以启动其生命科学的惊人职业。GFP.成为观察活细胞和生物体中的结构的关键,而无需合成标记或荧光抗体。在免疫荧光染色的情况下,必须保证抗体对细胞内的一致靶结构的进入。这是通过用洗涤剂(例如)渗透细胞来实现的,这不可避免地诱导细胞死亡。此外,大多数抗体具有对变性抗原的偏好。因此,免疫荧光技术使用甲醛等药剂使细胞蛋白靶标结构如此。完全使用GFP.可以克服这些非生理条件并为生命细胞成像铺平道路。

另一个人实现和发展巨大潜力GFP.是罗杰顿。来自钙调节领域,美国细胞生物学家致力于跟踪活细胞内的大分子相互作用。在哈佛,剑桥和伯克利学习和工作后,他终于在加州大学圣地亚哥安顿下来。作为药理教授,化学和生物化学,他提高了效率GFP.通过利用进化中的一个非常共同的原则:突变。1994年,他和他的团队建立了单点突变体(S65T)GFP.比野生型版本更好的强度和照片稳定性。除了更明亮的发光之外,S65T突变体还有另一个引人注目的技术效果。虽然野生型GFP.在395nm和475nm处有两个激发最大值,突变的版本只有一个484nm。通过将其发射波长保持在509 nm,“新”的光谱特征GFP.拟合古典菲特荧光特性(FITCEX:496 NM,FITCEM:520-530 nm)。因为它的增强功能GFP.变体被称为“增强”GFP.或者egfp。

通过进行结构研究GFP.Tsien和Coworkers开发了进一步的荧光衍生物。与之GFP.他们手中的结构建立了一种变体(T203Y),该变体(T203Y)在明亮的黄色中闪耀,因此给出了“黄色荧光蛋白”的名称或YFP。青色(CFP)和蓝色(BFP)表格遵循[5.]。

Anthozoa中的荧光蛋白

荧光蛋白的调色板被延伸到俄罗斯院士的生物化学师Sergey A. Lukyanov,自2003年以来是俄罗斯科学院的相应成员,发现珊瑚中的红色荧光蛋白[7.]。在购买其中一些CNIDaria后,莫斯科宠物店Lukyanov研究了这些原始动物的荧光行为,用于俄罗斯海洋水族馆。在他人中,他鉴定了来自细胞膜的红色荧光蛋白 - 一只珊瑚蚤 - 他称为DSRED。除了DSRED之外,Lukyanov和Coworkers还确定了一个在Anthozoa中其他发光蛋白的整体调色板,这在时间后被优化了生化使用时间。

诺贝尔奖

所有的努力研究都研究了荧光蛋白质的发现,理解和增强导致生命科学的巨大应用。GFP.它的变体为科学家们打开了门,观看F.E.生物体中的转移或血管生成。此外,使用荧光多彩多姿神经元(颅骨)将有助于了解大脑中复杂的神经元网络。随着寄生虫的可能性,如阳性蛋白质的疟疾病原体疟原虫,它可实现在宿主细胞中观察它们的命运。机会列表可以持续几乎无穷无尽,不仅包括临床相关项目,还包括其他基础科学企业。

所有的使用GFP.它的突变体以戏剧性的方式改变了对生活的看法及其病理修改,这三个人参与了发现和发展GFP.通过向他们提供诺贝尔化学奖。奥萨马·夏梅村马丁查尔弗里Roger Y. Tsien.在科学方面装饰了最高的荣誉,为他们的工作“绿色荧光蛋白的发现和发展,GFP.“。

www.nobelprize.org/nobel_prize/chemistry/laureates/2008/

在诺贝尔化学委员会(2008年)的眼中,由MånsEhrenberg教授代表“......绿色荧光蛋白的发现和开发(GFP.)从根本上改变了科学议程。改进的变体GFP.GFP.具有高分辨率显微镜的协同作用中的蛋白质,计算技术和强大的理论方法目前正在加强科学革命,其专注于复杂生物系统的定量分析。迄今看不见的结构和动态原则的逐步外观目前几乎影响了生物,医学和制药研究的所有方面......188bet怎么注册

该报价2008年诺贝尔化学奖化学奖的演讲代表了荧光蛋白对现有生命科学的高影响力,并引起了我们未来即将到来的利用的好奇心。最近的发展,如荧光笔蛋白(可光相活,光敏或可光电易用的FPS)和建立新的光学设施,如超分辨率显微镜,使得荧光的演变仍然正在进行,远离末端。

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