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绿色荧光蛋白(GFP)是一种来源于海洋生物水母的生物发光蛋白,由于其自发荧光,检测方便,对活细胞无毒害等优点,己被作为一种报告分子广泛应用到生命科学研究的各个领域。目前GFP最普遍的应用是作为报告基因或融合标记监测活细胞体内的基因表达、蛋白质定位、运动以及相互作用。同时由于GFP的荧光稳定,荧光强度与天然结构密切相关等独特性质使其在体外的生化分析研究领域亦具有广阔的应用前景。增强型绿色荧光蛋白(EGFP)为最大激发波长红移的一种GFP突变体(F64L,S65T),最大激发波长488 nm,最大发射波长508 nm。与野生型GFP相比,EGFP具有更高的消光系数以及生色团形成效率,分析检测更加通用和方便,是一种理想的报告蛋白。本论文主要探讨了EGFP作为融合标记在多肽激素定量免疫分析中的应用以及作为模型蛋白在蛋白质折叠研究中的应用。胰岛素样生长因子-I(IGF-I)是一种具有多种生理功能的重要的多肽激素,IGF-I的分析检测对基础研究、临床诊断和治疗以及兴奋剂检测都具有重要意义。本论文以制备EGFP与IGF-I的融合蛋白(EGFP-IGF-I)为基础,建立了新型的荧光免疫测定IGF-I的方法。蛋白质折叠研究在生物化学基础研究以及实践应用中都具有重大的意义和价值。GFP由于其蛋白结构与荧光特性的特殊性非常适合作为蛋白质折叠研究的工具。GFP天然的空间三维结构是其发射荧光的基础,GFP独特的绿色荧光可以指示其天然结构的形成。因此,将GFP作为模型蛋白,即可通过简单的监测其荧光的变化而获得蛋白质折叠和结构变化的信息。本论文以EGFP作为模型蛋白,发现了咪唑具有类似分子伴侣的活性,而且对EGFP在模拟细胞内的大分子拥挤环境下的重折叠进行了初步研究。
本论文的主要结论和创新之处在于:
1.基于EGFP磁合标记的荧光免疫测定IGF-I方法的建立。通过基因融合以及原核细胞表达技术制备了EGFP与IGF-I的融合蛋白EGFP-IGF-I,使:IGF-I带上均一的、化学计量比为1:1的EGFP荧光标记,这种标记IGF-I的方式尚未见文献报道,因此EGFP融合表达为各种活性多肽的表达及标记开辟了新的思路。纯化的融合蛋白SDS-PAGE分析为单一条带,分子量为36 kDa。对融合蛋白的性质进行了全面的鉴定,结果表明融合蛋白既保持了EGFP的荧光特性,又保持了IGF-I的免疫反应活性,符合免疫分析的要求,进一步说明了EGFP融合技术可以作为一种有效的多肽类激素标记方法而应用于多种生化分析领域。然后以EGFP-IGF-I作为标记抗原建立了一种新型竞争荧光免疫分析法定量检测IGF-I,首次将EGFP融合标记技术应用于IGF-I的定量检测。该方法线性范围为1.6×10<-8>-2.0x10<-6>mol/L,检测限为1.6×10<-8>mol/L,人血清样品加标回收率为88%~108%。
2. 以EGFP为模型蛋白的蛋白质折叠研究。以EGFP为模型蛋白,首次发现了一种常见的小分子试剂——咪唑具有类似分子伴侣的功能。可以催化化学变性的EGFP重折叠,并且抑制加热导致的EGFP聚集。通过动力学分析以及对一系列咪唑类似物的构效关系研究,我们认为咪唑可能催化了脯氨酸肽键顺反异构化反应,并提出了催化机理。大分子拥挤指细胞内部充斥着蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的一种在生命体中普遍存在,而在体外研究中被长期忽略的重要现象。本论文初步研究了EGFP在大分子拥挤环境中的重折叠行为,并与稀溶液中的重折叠行为作了对比。目前尚未见类似的文献报道。