购买或使用荧光素/荧光素酶时的一般注意事项
购买或使用荧光素/荧光素酶时的一般注意事项
考虑溶解性
如果你在我们的目录或网上搜索 D-荧光素(D-luciferin),很可能会看到几种不同形式:D-荧光素钾盐、D-荧光素钠盐和D-荧光素萤火虫型游离酸(free acid)。那么,这些形式到底有什么区别呢?
对于钾盐和钠盐,两者的差异很小,在大多数实验条件下可互换使用。主要区别在于溶解性:钠盐的溶解性略高于钾盐。而对于游离酸形式,溶解性差异更为显著。与水溶性盐不同,D-荧光素游离酸需要调节 pH 才能正确溶解,这会为实验流程增加额外步骤与复杂性。
总结:在三种形式中做选择时,溶解性应是主要考量因素。
提示:尽管游离酸形式溶解性较差,一些研究人员仍会选择它,因为它每毫克产生的光子数比钠盐和钾盐都高。
需要考虑荧光素类型
前面我们已经提到过钠盐、钾盐和游离酸的优缺点,但实际上,还有其他类型的荧光素,例如 DMNPE-笼型(caged)荧光素 和 L-荧光素。那么,为什么有人会用这些,特别是 L-荧光素呢?以下是一些关键信息。
- DMNPE-笼型荧光素:产品说明中提到它可用于测量细胞内功能,因为它能够轻松穿过细胞膜。这意味着它在 体内实验(in vivo) 中可能很有用。那么,为什么不用 D-荧光素钾盐或钠盐呢?在中性 pH 条件下,D-荧光素存在一定的膜通透性问题,而 DMNPE-笼型荧光素通过改良结构解决了这一障碍。由于能穿透细胞膜,它可更高效地被利用。
- L-荧光素:L-荧光素是 D-荧光素的对映异构体,自身不发光。虽然 Lembert 的研究论文表明它可以产生微弱光信号,但这被认为是化合物在体内外消旋(racemization)回到 D-型的结果。那么,如果它不能发光,研究人员为什么要用它呢?根据 《生物发光:生物技术中的基础与应用(第二卷)》,L-荧光素在双重检测系统中可用来淬灭光信号,因为它作为竞争性抑制剂(competitive inhibitor),能提高 D-荧光素的米氏常数(Km),从而提升检测的上限值。
考虑可能存在的杂质
在讨论荧光素时,必须明确纯度的真正含义。一种常见杂质是 L-荧光素,它作为竞争性抑制剂会影响检测性能。另一种是 脱氢荧光素(dehydroluciferin),它是强效抑制剂,可能显著影响实验结果。尽管可以购买高纯度的荧光素,但正确的储存与操作同样至关重要,因为不当储存被认为会促进脱氢荧光素的生成,从而影响实验完整性。
- 荧光素的正确储存
荧光素必须避免光照、空气和湿气,以保持活性。暴露于光和氧气会加速氧化反应,迅速导致化合物失效。应将荧光素在 −20 °C 干燥保存以延长有效期。
- 荧光素的正确操作
使用前,让容器恢复至室温后再开启。重新密封前,建议用氮气或氩气吹扫容器以去除溶解气体,尤其是可促进降解的氧气。
- 储备液配制指南
新鲜配制的储备液可立即使用。若需长时间保存(最长 1 个月),应分装并置于 −80 °C 保存,以减少冻融循环并保持稳定性。
考虑检测(Assay)类型
检测类型会影响你选择的荧光素酶类型,进而决定荧光素的选择。那么,为什么选择荧光素而不是腔肠素(coelenterazine),或者两者兼用?下面是简单对照:
检测类型 | 萤火虫荧光素酶(Luciferin) | 海肾荧光素酶(Coelenterazine) |
生化检测(Biochemical assay format) | X | X |
基于细胞的报告基因检测 | X |
|
蛋白酶检测 | X |
|
基于 ATP 含量的细胞毒性检测 | X |
|
双荧光素酶检测 | X | X |
蛋白-蛋白相互作用 |
| X |
ELISA |
| X |
注:表格中的 “X” 表示该类型的检测可使用相应荧光素酶。
此外,萤火虫荧光素酶(FLuc)和海肾荧光素酶(RLuc)之间还存在一些关键特性差异,如 ATP 依赖性、峰值发射波长和蛋白半衰期:
特性 | 萤火虫荧光素酶(Luciferin) | 海肾荧光素酶(Coelenterazine) |
是否依赖 ATP | 是 | 否 |
峰值发射波长 | 550–570 nm | 480 nm |
蛋白半衰期 | 3 小时 | 4.5 小时 |
分子量 | 60 kDa | 36 kDa (高斯海肾 Gaussia 为 20 kDa) |
参考文献
Lembert, Nicolas. “萤火虫荧光素酶可利用 L-荧光素产生光。” Biochemical Journal 317.Pt 1 (1996): 273.
Luque-Ortega, J., Rivero-Lezcano, O., Croft, S., Rivas, L. (2001). 实时监测利什曼原虫(Leishmania donovani)前鞭毛体细胞内 ATP 水平作为快速筛选靶向生物能量代谢药物的方法。美国微生物学会(American Society for Microbiology)。doi: 10.1128/AAC
Nakamura, Mitsuhiro, 等. “利用 L-荧光素作为底物构建新型萤火虫生物发光系统。” Tetrahedron Letters 47.7 (2006): 1197–1200.
Ohmiya, Y. (2014). 生物发光的应用:基于细胞的检测与成像。Photobiological。2016 年 3 月 11 日检索自 http://www.photobiology.info/ohmiya.html
Thousand, G., & Marks, R. (n.d.). 生物发光:生物技术中的基础与应用(第 2 卷)。纽约市:Springer 出版社。
Thorne, N., Inglese, J., & Auld, D.S. (2010). 深入解析萤火虫荧光素酶及其他在化学生物学中使用的生物发光报告系统。Chemistry & Biology, 17(6), 646–657。2016 年 3 月 15 日检索自 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2925662/
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