生物发光特征与应用（一）
生物发光（bioluminescence、BL）是指生物体发出的光辐射，是生物体释放能量的一种形式，这种发光现象广泛地分散在生物界中。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，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，由寄生或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。
目前，根据发光的机理不同国际上将生物发光分为四种
1．受激荧光是指生物体在受到外界光辐射的作用时，体内固有的荧光物质或吸收的荧光标记物发光的现象。 2．发光生物发光。以萤火虫的闪光为代表。
3．化学发光
化学发光是在化学反应过程中(主要为氧化还原反应)发出可见光的现象。化学发光反应是由两个关键步骤组成：激发和发射。许多化学反应进行时能释放足够的自由能而把参加反应的物质之一激发到能发射光的电子激发态，生成一种激发态产物，在它回到基态时，剩余能量转变成光子能量产生发光现象。
4．生物超微弱发光
随着生物发光研究的进一步深入，发现人体的器官、组织、细胞、乃至大分子都在发光，不过发光强度更弱。目前研究已涉及到细胞、亚细胞乃至生物大分子的层次。越来越多的实验表明，DNA 是生物超微弱发光的一个辐射源。
生物发光还可分为:
1．被动发光：如植物，那些微弱的红光是没能参与光合作用多余的光，一般的看法是这种光无意义。
2. 主动发光：如萤火虫的闪光。
另外，有些动物本身并不会发光，但在共生的环境中它们会利用发光细菌的光为自己服务。
动物的发光器有两类，一类具有发光细胞，另一类具有共生的发光细菌
发光细胞是起源于皮肤而发生了变异和特化的腺细胞，能分泌荧光素和荧光素酶。
如果发光细胞内同时含有荧光素和荧光素酶，则发光可在细胞内进行，此称细胞内发光；如果发光细胞内仅含有荧光素或荧光素酶，则发光必须在分别含有荧光素和荧光素酶的不同发光细胞之分泌物相遇时才能产生，此称细胞外发光。
生物发光的机制：
荧光素酶（Lu ciferase）以荧光素（Luciferin）、三磷酸腺苷（ATP）和O2为底物，在Mg2＋存在时，底物在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，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，化学能转变为光能。
荧光素+ ATP+ O2→核黄素磷酸盐+醛化合物
核黄素磷酸盐+醛化合物→激发的络合物
激发的络合物→氧化核黄素磷酸盐+酸+水+光子
化学能→光能
ATP既是荧光素酶催化发光的必需底物，又是所有生物生命活动的能量来源。在荧光素酶催化的发光反应中，ATP在一定的浓度范围内，其浓度与发光强度呈线性关系。
生物发光的特点：
1 生物发光的颜色范围很宽，可从红光到深蓝光；
2 氧是几乎所有生物发光系统中必须的因素；
3 生物发光是由“荧光素酶”与“荧光素”的化学反应所引起的；
4 所有的生物发光反应几乎都是酶-底物类型的反应，但复杂程度不同，某些生物发光反应涉及3种或4种底物，而另一些生物发光反应甚至需要3个或4个酶的体系。
5 高效率。在发光的同时，没有辐射热能的消耗，因而生物发光的效率是很高的。几乎能将化学能百分之百地转变为可见光，为普通电光源效率的几倍到几十倍。
6 安全性。因为冷光本身无热，所以没有爆发火花的危险，在油库、炸药库、矿井等易燃易爆场所，用其作照明光源最为理想，因此被称为“安全之光”。
