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生物發光(bioluminescence)是指生物體發光或生物體提取物在實驗室中發光的現象。它不依賴於有機體對光的吸收,而是一種特殊類型的化學發光,化學能轉變為光能的效率幾乎為100%。也是氧化發光的一種。生物發光的一般機制是:由細胞合成的化學物質,在一種特殊酶的作用下,使化學能轉化為光能。

1 生物發光 -名詞定義

生物發光生物發光

中文名稱:生物發光

英文名稱:bioluminescence

定義1:生物通過化學反應發光的現象。

所屬學科: 海洋科技(一級學科) ;海洋技術(二級學科) ;海洋生物技術(三級學科)

定義2:昆蟲體內的螢光素在酶作用下氧化而產生光。

所屬學科: 昆蟲學(一級學科) ;昆蟲生理與生化(二級學科)

定義3:某些生物體內的螢光素在酶作用下氧化而產生光的現象。

所屬學科: 生態學(一級學科) ;生理生態學(二級學科)

定義4:某些生物體內發生的化學發光現象。如螢火蟲的螢光素經螢光素酶的激發而發射可見光。

所屬學科: 生物化學與分子生物學(一級學科) ;總論(二級學科)

2 生物發光 -類型介紹

生物發光螢火蟲發光
1、螢火蟲類生物發光

螢火蟲發光細胞中含有熒光素、熒光素酶兩種發光物質。它們與ATP(三磷酸腺苷)及氧一起反應,在氧與熒光素結合時發生電子轉移同時發生能量的變化釋放出熒光光子而發光。

2、節足動物及魚類的生物發光

這類發光過程包括加氧、激發與轉移,如海螢的發光:它在自身分開的腺體中分別合成熒光素和熒光素酶,當把兩者同時噴進水裡時就會在水中反應而發光。波長460納米,光色為藍色。

3、腔腸動物的生物發光

包括刺絲胞亞門和櫛水母亞門。這種類型發光具有各種不同的活化反應。亞門和綱不同,活化反應與激發特性也不同。此類發光還可以從一個發光種傳遞激發態能量給另一個發光種,即有敏化生物發光現象。這種發光可發出不同顏色的光,較多地偏向紅色,波長480~490納米。

4、細菌發光

它的反應機制與前三種不同。底物在催化循環中會形成還原型核黃素磷酸鹽和醛化合物,當遇到熒光素酶和氧時,就會形成一種激發的絡合物。絡合物斷裂時生成氧化核黃素磷酸鹽、酸、水及一個光子,波長470~505納米,光為藍綠色。

5、過氧化氫體系的生物發光

包括海筍屬、蚯蚓屬及柱頭蟲屬等。這類發光包括兩個過程,蟲熒光素與氧或過氧化物單獨或兩者作用后先生成超氧陰離子(自由基),然後再激發。

6、生物的微弱發光

這是一類低水平的發光,需要用精密測量裝置才能測出。這種發光現象往往與迅速生長和呼吸的細胞或組織相聯繫,如洋蔥根尖細胞、分裂的酵母細胞、白細胞、肝臟或脾臟的線粒體或微體等。化學發光在醫學上的應用引起人們廣泛的興趣。

7、人體發光

已發現人體的體表也能發光,至於它的機理還不清楚。

3 生物發光 -發光之謎

令人驚奇的是,往往身體發光的都是病人。安娜·莫納諾(Anna Monaro)身患哮喘,幾個星期後每當她睡覺時,她的胸口就會發出藍輝光。在赫里沃德·卡林頓(Hereward Carrington)的《死亡:原因和現象》(Death: Its Causes and Phenomena)中記錄過一個因患嚴重的消化不良而死的男孩,其屍體也會輻射藍輝光。

螢火蟲現象的案例至今也沒有多少,但是最近日本的研究者發現人體會發光。我們身體所發的光比肉眼能見的低1000倍。人體光在一天內會有周期性波動,這使我們在下午時候最閃亮(人們嘴部附近的皮膚也是在這個時候最亮)而在晚上的時候最黯淡。

4 生物發光 -功能意義

生物發光生物發光

生物發光的生物學意義主要是有助於獵食者捕食其他生物、被捕捉動物逃避捕食者以及同種屬動物的不同個體間信息的交換。   

在應用方面,如軍事上觀察海洋動物發光的突然爆發,可以判別水下軍事設施及其他各種敵對目的物。生化分析中,利用蟲熒光素與蟲熒光酶加在一起遇到ATP就會發出熒光,而且發光強度正比於ATP濃度的現象,可以檢測樣品中ATP的含量。利用光蛋白與Ca反應極其靈敏的特性,可以測出小於10^-13摩爾的Ca含量。因而這種方法用在Ca超微量分析中。   

生物發光現象還啟發人類從工程角度研究、模擬這種發光效率極高而產熱量極少的熒光現象,新一代冷光源的研製就是一例。

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