生物发光

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生物发光 (bioluminescence)是指生物体发光或生物体提取物在实验室中发光的现象。它不依赖于有机体对光的吸收,而是一种特殊类型的化学发光,化学能转变为光能的效率几乎为100%。也是氧化发光的一种。生物发光的一般机制是:由细胞合成的化学物质,在一种特殊酶的作用下,使化学能转化为光能。自然界具有发光能力的有机体种类繁多。一些细菌和高等真菌有发光现象。动物界25个门中,就有13个门28个纲的动物具有发光现象,从最简单的原生动物到低等脊椎动物中都有发光动物,如鞭毛虫、海绵、水螅、海生蠕虫、海蜘蛛和鱼等。动物的发光,除其自身发光即一次的发光以外,由寄生共生而产生二次发光的例子也不少。不同生物体的发光颜色不尽一致,多数发射蓝光或绿光,少数发射黄光或红光。  

类型

1、

萤火虫

萤火虫类生物发光:萤火虫发光细胞中含有荧光素荧光素酶两种发光物质。它们与ATP(三磷酸腺苷)及氧一起反应,在氧与荧光素结合时发生电子转移同时发生能量的变化释放出荧光光子而发光。

2、节足动物及鱼类的生物发光:这类发光过程包括加氧、激发与转移,如海萤的发光:它在自身分开的腺体中分别合成荧光素和荧光素酶,当把两者同时喷进水里时就会在水中反应而发光。波长460纳米,光色为蓝色。

3、腔肠动物的生物发光:包括刺丝胞亚门栉水母亚门。这种类型发光具有各种不同的活化反应。亚门和纲不同,活化反应与激发特性也不同。此类发光还可以从一个发光种传递激发态能量给另一个发光种,即有敏化生物发光现象。这种发光可发出不同颜色的光,较多地偏向红色,波长480~490纳米。

4、细菌发光:它的反应机制与前三种不同。底物催化循环中会形成还原型核黄素磷酸盐和醛化合物,当遇到荧光素酶和氧时,就会形成一种激发的络合物。络合物断裂时生成氧化核黄素磷酸盐、酸、水及一个光子,波长470~505纳米,光为蓝绿色。

5、过氧化氢体系的生物发光:包括海笋属、蚯蚓属及柱头虫属等。这类发光包括两个过程,虫荧光素与氧或过氧化物单独或两者作用后先生成超氧阴离子(自由基),然后再激发。

6、生物的微弱发光:这是一类低水平的发光,需要用精密测量装置才能测出。这种发光现象往往与迅速生长和呼吸的细胞或组织相联系,如洋葱根尖细胞、分裂的酵母细胞、白细胞肝脏脾脏线粒体微体等。化学发光在医学上的应用引起人们广泛的兴趣。

7、人体发光:已发现人体的体表也能发光,至于它的机理还不清楚。  

功能意义

生物发光的生物学意义主要是有助于猎食者捕食其他生物、被捕捉动物逃避捕食者以及同种属动物的不同个体间信息的交换。

在应用方面,如军事上观察海洋动物发光的突然爆发,可以判别水下军事设施及其他各种敌对目的物。生化分析中,利用虫荧光素与虫荧光酶加在一起遇到ATP就会发出荧光,而且发光强度正比于ATP浓度的现象,可以检测样品中ATP的含量。利用光蛋白与Ca反应极其灵敏的特性,可以测出小于10^-13摩尔的Ca含量。因而这种方法用在Ca超微量分析中。

生物发光现象还启发人类从工程角度研究、模拟这种发光效率极高而产热量极少的荧光现象,新一代冷光源的研制就是一例。

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