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關于熒光素和熒光素酶的一切

在科學和醫學領域，熒光素和熒光素酶這兩個術語可能已經司空見慣了幾十年。

 

這兩個詞的根源都在歷史中，有時會引發懷疑。 為什么叫熒光素？這個問題和其他問題的答案需要一些科學知識和一些拉丁語才能回答。

 

螢光素酶是一種酶，當它存在氧氣和稱為螢光素的天然底物時，它會催化產生光的生化反應。由于發光現象，熒光素酶-熒光素酶-底物組合是自然界最常見的生物發光形式的基礎。

生物LUM inescence是術語，指生物體的基于化學反應產生光（注意，“LUM"強調在以*能力LUM inate）。把事情放在現實世界的背景下，一種非常熟悉的生物發光生物是螢火蟲。

 

這種酶-底物反應是一種生化反應，使某些生物體能夠產生光。這種光的波長最終決定了光的顏色，取決于所使用的熒光素/熒光素酶的類型以及發出它的生物體的類型。對于螢火蟲，發射光的波長為 560 納米 (nm)，產生黃綠色光。

圖 1. 生物發光生物和產生的波長（淺色）。

什么是酶和底物？

在我們深入研究之前，讓我們快速概述一下酶是什么以及底物是什么。

 

酶是催化或加速化學反應的蛋白質。底物是酶作用的底物。

 

底物與酶的特定區域結合，稱為活性位點。當底物與活性位點結合時，酶會使底物中的化學鍵減弱，從而使化學反應成為可能。

螢光素和螢光素酶這兩個名字是怎么回事？

螢光素和螢光素酶名稱背后的基礎源于拉丁語，并且都與光的詞根有關。

 

拉丁語中的光是勒克斯。然而，在拉丁語中，名詞、代詞和形容詞有一種叫做變格的東西。變格是一個詞（名詞、代詞或形容詞）根據其用法的變體。

 

當其中任何一個變成復數時，變化就會改變。

 

當然，這與英語和西班牙語有很大不同。但是讓我們看看這一切在拉丁語中的勒克斯或光意味著什么。

一旦您查看圖表，即使您不太了解拉丁語（沒關系），您也會開始看到單詞light在拉丁語中的變化如何導致有關 light 的單詞具有根luci在他們身上。

 

當涉及到luci的FER在，字特別涉及軸承（Ferre的）光，或光軸承。

考慮一只螢火蟲，它的燈籠會發光，或者生物發光的浮游生物在受到干擾時會發光。在了解生物發光中產生光的化學基礎時，科學家們確定并命名了真正負責產生光的化學物質。

熒光素和熒光素酶如何用于研究

有趣的動物現象啟發了人類。鳥類飛行的特性激發了人類的飛行。貼紙種子上的毛刺促成了魔術貼的創新。同樣，生物發光的特性也激發了大量的創新。

 

使用生物發光科學的最顯著的研究領域之一是癌癥研究。

 

幸運的是，在此過程中沒有螢火蟲或海洋生物受到傷害。相反，研究人員合成了這些化學物質。然后他們能夠使用反應的光發射來可視化腫瘤。

 

在開發用于癌癥治療的潛在藥物時，可視化腫瘤生長或縮小非常重要。

使用螢光素的好處是它對動物沒有侵入性和無毒。您不必通過手術切除腫瘤以使其可視化。

 

這意味著在給定的治療過程中，科學家可以使用專門的設備讀取目標區域的光輸出，以查看它隨時間的變化。因此，螢光素和螢光素酶在幕后的模式生物體內起作用。

 

螢光素酶-螢光素系統在研究中的應用還有很多其他方式。科學家們已經使用這種生物發光系統來評估環境毒性、治療效果、觀察蛋白質相互作用和鏈反應以及病毒研究，僅舉幾例。

 

但是在疫苗方面呢？疫苗中是否使用熒光素或熒光素酶？

熒光素和熒光素酶不用于疫苗，但它們有助于背景研究……

螢光素酶及其底物螢光素未直接用于疫苗（例如流感、麻疹或疫苗）。它們也不是疫苗中使用的其他產品的中間成分。

 

考慮一下你的手電筒。在黑暗的空間或漆黑的夜晚，這是您用來發光的工具，以便您可以看到環境中的選定區域。它可以防止您絆倒，并幫助您確定您正在尋找的非常具體的東西。

 

 

熒光素被比作手電筒。 兩者都可以讓您看到非常具體的東西。 兩者都在黑暗中發光。

將熒光素的使用與手電筒工具進行比較的動畫。在面板 B 中，當植物被觸摸時，研究人員可以研究隨后發生在植物內的事件信號鏈。實時地，在不犧牲植物的情況下，科學家們看到整個植物的基因在被觸摸時被打開。就像手電筒（圖 A）一樣，螢光素-螢光素酶系統可以幫助科學家看到特定的事物或事件。

 

對于研究人員來說，這正是熒光素-熒光素酶反應的意義所在。這是一個讓他們看到非常具體的東西的工具。

 

從這個意義上說，熒光素或熒光素酶沒有理由直接用于疫苗中，或用于生產疫苗的成分。

 

另外，我們還要補充一點，目前光可視化需要大型設備，而人體太大，光發射無法穿透，這意味著科學家們看不到人的任何東西。

 

然而，酶和底物確實讓研究人員在開發疫苗時研究特定事件。例如，它可以在測試疫苗的有效性后用于診斷。然而，功效測試將在小細胞培養研究或小動物研究中進行。

 

熒光素還可用于觀察病毒感染的程度，并查看感染了哪些細胞（Garcia-Beltran, et. al., 2021）。

 

雖然任何特定的疫苗都可能提到熒光素和熒光素酶，但它們的使用上下文要么是引用與其研究背景相關的研究論文，要么是驗證疫苗的各個方面（例如使用手電筒查看）。用于研究方面的酶和底物總是從最終生產產品中去除，永遠不會在疫苗中發現。

 

 

使用熒光素的有趣研究

談到生物技術中的生物發光，研究人員確實進行了創新。

 

例如，發光植物項目是一個眾籌的科學項目，其目標是制造能夠使用熒光素和熒光素酶發光的植物。

 

雖然這可能看起來很新奇，但遠大的愿景是一個可以用發光的樹木代替路燈的世界——在某種程度上，這會回饋我們的生態系統。當然，我們也承認這一愿景可能會導致一些沖突，而這些沖突可能無法使該愿景*實用。

 

生物發光也對神經科學做出了貢獻，尤其是在光遺傳學方面。光遺傳學使用特殊的光敏蛋白質和光使研究人員能夠監測大腦活動的過程。

 

通常，用于光遺傳學的光是由儀器提供的，這在體內研究（在活的有機體中）有局限性。這就是熒光素和熒光素酶可以提供幫助的地方。螢光素酶基因與稱為視蛋白的蛋白質配對以充當光源（Berglund & Stern，2021 年；Tung、Gutekunst & Gross，2015 年）。目前，將生物發光用于光遺傳學正在為癲癇和中風的研究以及其他研究做出貢獻。

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