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科学前沿 | 钙离子荧光探针学

科学前沿 | 钙离子荧光探针学 锐迪生物科技
2023-10-27
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导读:科学前沿 | 钙离子荧光探针学

钙离子荧光探针是什么?

钙离子荧光探针是一种用于检测细胞内钙离子浓度变化的工具,其原理是利用荧光分子的特性,通过荧光强度或荧光寿命的变化来反映钙离子浓度的变化。钙离子荧光探针的结构通常由两部分组成:荧光分子和钙离子结合部位。

光分子是一种具有荧光特性的化合物,当受到激发后,会发出荧光信号。钙离子结合部位是一种特定的结构,能够与钙离子结合形成复合物,从而改变荧光分子的荧光性质。当荧光分子与钙离子结合部位结合后,荧光分子的荧光强度或荧光寿命会发生变化,这种变化可以通过荧光显微镜等设备进行检测和记录。

常见的钙离子荧光探针

钙离子荧光探针的种类很多,常用的有Fura-2 AM、Fluo-3 AM、Fluo-4 AM等。这些探针的结构和荧光性质不同,适用于不同的实验条件和研一究对象。



Fura-2 AM

Fura-2 AM,与文中描述Fluo-3 AM、Fluo-4 AM一样,也是一种具有细胞膜透性的荧光染料,可穿透细胞膜进入细胞。同样地,Fura-2 AM进入细胞后也可以被活细胞内的酯酶水解乙酰甲氧酯(AM)后转化为Fura-2,从而被滞留在细胞内。

不同之处则在于,Fura-2是紫外光激发的比值型或双波长荧光染料,其激发特性与Ca2+浓度有关,当介质中没有Ca2+时,其激发峰为380nm,当与钙结合时,激发峰向短波方向340nm处移动,最后分别以340nm、380nm激发得到发射光的比例,这种比例与细胞内Ca2+浓度成正比例的关系。比值型荧光探针减少了染料负载导致的指示不均匀、不良的染料保留和光漂白的影响。另外Fura-2还具有较强的抗荧光淬灭能力,在荧光显微镜或其它荧光检测设备上可以连续检测较长时间,也不会明显影响其荧光效果。



Fura-2 AM激发发射波长参考图(图片来源网络)

Fulo-3 AM

Fluo-3 AM是一种具有细胞膜透性的荧光染料,可穿透细胞膜进入细胞。Fluo-3 AM进入细胞后可以被活细胞内的酯酶水解乙酰甲氧酯(AM)后转化为Fluo-3,从而被滞留在细胞内。
Fluo-3 AM的荧光非常弱,其荧光不会随Ca2+浓度升高而增强。但Fluo-3具有较高的Ca2+结合力,与细胞内Ca2+结合后可以产生较强的荧光,荧光会增加60至100倍,可捕捉细胞内Ca2+信号的动力学变化,常用于多种流式细胞术相关实验。Fluo-3结合Ca2+后最大激发波长为506nm,最大发射波长为526nm。实际检测时推荐使用的激发波长为488nm左右,发射波长为525-530nm。Fluo-3 AM的结构式、激发光谱和发射光谱参考下图。



Fulo-3 AM激发发射波长参考图图片来源网

Fulo-4 AM

Fluo-4 AM是在Fluo-3 AM的基础上改进而成,其可以加载更快并且在相同条件下荧光更加明亮。Fluo-4 AM将Fluo-3 AM结构中的氯原子替换成了氟原子,这一微小的结构变化使得Fluo-4的最大激发波长会向短波长处偏离12nm左右,因此在氩激光器488nm激发光下的荧光信号得到增强,信号更稳定持续。
Fluo-4使用上和Fluo-3也基本相同,可以使用激光共聚焦显微镜、荧光酶标仪等荧光检测仪器来测定细胞内Ca2+浓度的变化。Fluo-4结合Ca2+后最大激发波长为490nm,最大发射波长为520nm。

Fulo-4 AM激发发射波长参考图图片来源网

结 语

钙离子荧光探针,在生物学研究中发挥着重要的作用,帮助研究者深入了解细胞内钙离子信号的功能和调控机制,推动了生命科学领域的进展。



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