萤光素酶
[CAS# 9014-00-0]

基本信息

• 产品分类: 生物学 >> 蛋白与多肽 >> 酶及活性检测
• 英文名: Luciferase
• 别名: 1: PN: CN103239735 FIGURE: 4A claimed sequence; Alkanal monooxygenase (FMN-linked); Bacteria luciferase; Bacterial luciferase; E.C. 1.14.14.3; Luciferase (Photobacterium leiognathi); Photorhabdus luminescens luciferase; Vibrio fischeri luciferase; Vibrio harveyi luciferase
• 产品名称: 萤光素酶
• CAS 登录号: 9014-00-0
• EC 号码: 232-751-7

安全数据

• 危险品标志: GHS08 Danger
• 危害标签: H334
• 防护标签: P261-P284-P501

发现和应用

荧光素酶是一类负责生物发光的酶，生物发光是指生物体自然发出光的过程。生物发光现象在19世纪引起了科学界的关注，当时研究人员试图了解萤火虫、发光细菌和某些海洋动物等生物体如何在环境温度下产生可见光。早期的系统研究表明，发光并非由热量引起，而是由化学反应引起的。到19世纪末20世纪初，实验证明生物发光需要一种耐热的小分子底物（后来被称为荧光素）和一种不耐热的蛋白质组分（后来被称为荧光素酶）。荧光素酶一词被用来描述催化荧光素氧化并导致发光的酶。

关于荧光素酶的最具影响力的早期研究是利用萤火虫进行的，特别是像Photinus pyralis这样的物种。研究人员发现，萤火虫荧光素酶在分子氧和镁离子的存在下，催化D-荧光素的ATP依赖性氧化，产生氧化荧光素、二氧化碳、腺苷一磷酸和可见光。这一发现确立了荧光素酶是一种具有特定底物特异性和辅因子要求的独特酶。对海洋生物和发光细菌的平行研究表明，尽管它们都能发光，但不同物种的荧光素酶在结构和反应机制上存在差异。例如，细菌荧光素酶催化还原型黄素单核苷酸和长链醛的氧化，这表明荧光素酶一词涵盖的是一系列进化上不同的酶，而不是单一的蛋白质。

随着20世纪中期生物化学技术的进步，荧光素酶得到了更详细的纯化和表征。氨基酸序列和三维结构的测定，特别是萤火虫荧光素酶的测定，为了解酶催化和结构-功能关系提供了深入的见解。这些研究证实荧光素酶是一种可溶性胞质酶，并阐明了其高量子效率的分子基础，这意味着大部分化学能被转化为可见光。20世纪末荧光素酶基因的克隆是一个重要的转折点，使得荧光素酶可以在异源系统中进行重组表达。

随着分子生物学和基因工程的发展，荧光素酶的应用范围显著扩大。荧光素酶基因被广泛用作报告基因，用于监测活细胞中的基因表达、启动子活性和信号转导通路。由于发光可以以高灵敏度和低背景进行测量，基于荧光素酶的检测方法能够检测到生物活性中非常微小的变化。这一特性促使荧光素酶报告基因被应用于细胞生物学、药理学、毒理学和环境检测等领域。特别是萤火虫荧光素酶，由于其对ATP的依赖性，使其能够作为细胞能量状态的间接指标，因此成为实验室研究的标准工具。

除了基础研究之外，荧光素酶还在医学诊断和生物技术领域找到了应用。基于荧光素酶的检测方法可用于检测微生物污染、测量细胞活力以及定量临床和工业样品中的ATP。通过在活体生物中表达荧光素酶实现的体内生物发光成像技术，可以对动物模型中的生物过程进行非侵入性实时监测。这项技术已成为癌症研究、传染病研究和药物开发的重要工具。

总之，荧光素酶是通过研究自然生物发光现象而被发现的，并被确认为多种生物体中负责发光的重要酶。其独特的生化特性以及在温和条件下产生可测量光的能力，使荧光素酶成为现代科学中不可或缺的工具，其应用范围涵盖从基础酶学到先进生物医学研究的各个领域。

参考文献

de Wet JR, Wood KV, DeLuca M, Helinski DR, Subramani S (1987) Firefly luciferase gene: structure and expression in mammalian cells. Molecular and Cellular Biology 7 2 725-737 DOI: 10.1128/MCB.7.2.725-737.1987