一文看懂荧光素酶

荧光素酶（Luciferase）是生物体内催化荧光素或脂肪醛氧化发光的一类酶的总称。荧光素酶广泛存在于自然界的发光生物中，常见的有萤火虫、发光细菌等；根据来源和结构差异，荧光素酶可分为三大主要类别：萤火虫荧光素酶（Firefly Luciferase）、细菌荧光素酶（Bacterial Luciferase）和海洋生物荧光素酶。

其核心功能是通过催化底物荧光素（Luciferin）与氧气发生化学反应，将化学能转化为光能，产生肉眼可见或仪器可检测的生物荧光。其发光过程无需外部光源激发，仅通过酶促反应即可自主发光，具有高度的特异性和灵敏性，是生命科学研究中极具价值的工具分子。

图：In vivo detection of the Fluc marker gene in the mouse heart.【1】

萤火虫荧光素酶是由单一的多肽链组成，分子量约为62kD左右，氨基酸的个数为550个左右，具体不同种类来源的萤火虫荧光素酶相对分子量和氨基酸数量和结构都略微有所差异，但同源氨基酸序列较多。萤火虫荧光素酶在Mg²⁺、ATP和O2存在条件下，能催化D-荧光素发生氧化脱羧反应，同时发出波长在550-580nm范围内的可见光。其催化反应程式如下：

萤火虫荧光素酶和脂类复合物形成蛋白-脂类复合物，该结构容易受到去垢剂如去氧胆酸钠，干扰蛋白与脂类之间的香花作用，影响酶的稳定性和活性构象；此外，像有机溶剂也会影响酶的活性，一方面影响酶与底物的结果，同时也可能改变酶的结构破坏其活性。

1. 信号稳定：萤火虫荧光素酶，反应稳定且荧光信号强；

2. 荧光强：反应产生的荧光强度与 ATP 浓度呈正相关；

3. 纯度高：本品经多步层析纯化，纯度≥95%；

4. 具有标签：酶C末端含有His标签。

 

图：产物蛋白经SDS-PAGE测定纯度≥95%

萤火虫荧光素酶在生物学领域有着广泛且重要的应用，在快速检测、基因表达研究和药开发与筛选等方面都发挥着重要的作用。荧光素酶的生物应用核心在于其生物发光的可检测性和可控性，尤其在需要实时、非侵入性监测的场景（如活体成像、动态基因表达分析）中具有不可替代的优势。随着基因工程和成像技术的发展，其应用领域还在不断扩展，涵盖基础研究、微生物学与环境监测及临床诊断等多个方向。

【1】 ruber PJ, Li Z, Li H, Worrad D, Huang B, Abdullah I, Wang W, El-Deiry W, Ferrari VA, Zhou R. In vivo imaging of MLC2v-luciferase, a cardiac-specific reporter gene expression in mice. Acad Radiol. 2004 Sep;11(9):1022-8. doi: 10.1016/j.acra.2004.05.022. PMID: 15350583; PMCID: PMC2964085.

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