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关于荧光素和荧光素酶的一切

在科学和医学领域，荧光素和荧光素酶这两个术语可能已经司空见惯了几十年。

这两个词的根源都在历史中，有时会引发怀疑。 为什么叫荧光素？这个问题和其他问题的答案需要一些科学知识和一些拉丁语才能回答。

萤光素酶是一种酶，当它存在氧气和称为萤光素的天然底物时，它会催化产生光的生化反应。由于发光现象，荧光素酶-荧光素酶-底物组合是自然界最常见的生物发光形式的基础。

生物LUM inescence是术语，指生物体的基于化学反应产生光（注意，“LUM"强调在以*能力LUM inate）。把事情放在现实世界的背景下，一种非常熟悉的生物发光生物是萤火虫。

这种酶-底物反应是一种生化反应，使某些生物体能够产生光。这种光的波长最终决定了光的颜色，取决于所使用的荧光素/荧光素酶的类型以及发出它的生物体的类型。对于萤火虫，发射光的波长为 560 纳米 (nm)，产生黄绿色光。

图 1. 生物发光生物和产生的波长（浅色）。

什么是酶和底物？

在我们深入研究之前，让我们快速概述一下酶是什么以及底物是什么。

酶是催化或加速化学反应的蛋白质。底物是酶作用的底物。

底物与酶的特定区域结合，称为活性位点。当底物与活性位点结合时，酶会使底物中的化学键减弱，从而使化学反应成为可能。

萤光素和萤光素酶这两个名字是怎么回事？

萤光素和萤光素酶名称背后的基础源于拉丁语，并且都与光的词根有关。

拉丁语中的光是勒克斯。然而，在拉丁语中，名词、代词和形容词有一种叫做变格的东西。变格是一个词（名词、代词或形容词）根据其用法的变体。

当其中任何一个变成复数时，变化就会改变。

当然，这与英语和西班牙语有很大不同。但是让我们看看这一切在拉丁语中的勒克斯或光意味着什么。

一旦您查看图表，即使您不太了解拉丁语（没关系），您也会开始看到单词light在拉丁语中的变化如何导致有关 light 的单词具有根luci在他们身上。

当涉及到luci的FER在，字特别涉及轴承（Ferre的）光，或光轴承。

考虑一只萤火虫，它的灯笼会发光，或者生物发光的浮游生物在受到干扰时会发光。在了解生物发光中产生光的化学基础时，科学家们确定并命名了真正负责产生光的化学物质。

荧光素和荧光素酶如何用于研究

有趣的动物现象启发了人类。鸟类飞行的特性激发了人类的飞行。贴纸种子上的毛刺促成了魔术贴的创新。同样，生物发光的特性也激发了大量的创新。

使用生物发光科学的最显着的研究领域之一是癌症研究。

幸运的是，在此过程中没有萤火虫或海洋生物受到伤害。相反，研究人员合成了这些化学物质。然后他们能够使用反应的光发射来可视化肿瘤。

在开发用于癌症治疗的潜在药物时，可视化肿瘤生长或缩小非常重要。

使用萤光素的好处是它对动物没有侵入性和无毒。您不必通过手术切除肿瘤以使其可视化。

这意味着在给定的治疗过程中，科学家可以使用专门的设备读取目标区域的光输出，以查看它随时间的变化。因此，萤光素和萤光素酶在幕后的模式生物体内起作用。

萤光素酶-萤光素系统在研究中的应用还有很多其他方式。科学家们已经使用这种生物发光系统来评估环境毒性、治疗效果、观察蛋白质相互作用和链反应以及病毒研究，仅举几例。

但是在疫苗方面呢？疫苗中是否使用荧光素或荧光素酶？

荧光素和荧光素酶不用于疫苗，但它们有助于背景研究……

萤光素酶及其底物萤光素未直接用于疫苗（例如流感、麻疹或疫苗）。它们也不是疫苗中使用的其他产品的中间成分。

考虑一下你的手电筒。在黑暗的空间或漆黑的夜晚，这是您用来发光的工具，以便您可以看到环境中的选定区域。它可以防止您绊倒，并帮助您确定您正在寻找的非常具体的东西。

荧光素被比作手电筒。 两者都可以让您看到非常具体的东西。 两者都在黑暗中发光。

将荧光素的使用与手电筒工具进行比较的动画。在面板 B 中，当植物被触摸时，研究人员可以研究随后发生在植物内的事件信号链。实时地，在不牺牲植物的情况下，科学家们看到整个植物的基因在被触摸时被打开。就像手电筒（图 A）一样，萤光素-萤光素酶系统可以帮助科学家看到特定的事物或事件。

对于研究人员来说，这正是荧光素-荧光素酶反应的意义所在。这是一个让他们看到非常具体的东西的工具。

从这个意义上说，荧光素或荧光素酶没有理由直接用于疫苗中，或用于生产疫苗的成分。

另外，我们还要补充一点，目前光可视化需要大型设备，而人体太大，光发射无法穿透，这意味着科学家们看不到人的任何东西。

然而，酶和底物确实让研究人员在开发疫苗时研究特定事件。例如，它可以在测试疫苗的有效性后用于诊断。然而，功效测试将在小细胞培养研究或小动物研究中进行。

荧光素还可用于观察病毒感染的程度，并查看感染了哪些细胞（Garcia-Beltran, et. al., 2021）。

虽然任何特定的疫苗都可能提到荧光素和荧光素酶，但它们的使用上下文要么是引用与其研究背景相关的研究论文，要么是验证疫苗的各个方面（例如使用手电筒查看）。用于研究方面的酶和底物总是从最终生产产品中去除，永远不会在疫苗中发现。

使用荧光素的有趣研究

谈到生物技术中的生物发光，研究人员确实进行了创新。

例如，发光植物项目是一个众筹的科学项目，其目标是制造能够使用荧光素和荧光素酶发光的植物。

虽然这可能看起来很新奇，但远大的愿景是一个可以用发光的树木代替路灯的世界——在某种程度上，这会回馈我们的生态系统。当然，我们也承认这一愿景可能会导致一些冲突，而这些冲突可能无法使该愿景*实用。

生物发光也对神经科学做出了贡献，尤其是在光遗传学方面。光遗传学使用特殊的光敏蛋白质和光使研究人员能够监测大脑活动的过程。

通常，用于光遗传学的光是由仪器提供的，这在体内研究（在活的有机体中）有局限性。这就是荧光素和荧光素酶可以提供帮助的地方。萤光素酶基因与称为视蛋白的蛋白质配对以充当光源（Berglund & Stern，2021 年；Tung、Gutekunst & Gross，2015 年）。目前，将生物发光用于光遗传学正在为癫痫和中风的研究以及其他研究做出贡献。

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