晚上猫眼睛为何会发光?
因为猫的视网膜上有特殊的细胞,在黑暗的环境中这些细胞能够发出弱光,我们称之为自发荧光(autofluorescence)。 自发性荧光是指在没有外界光源照射的情况下,分子本身能够发出荧光的现象;而诱发荧光指的是在外界光照射后分子发出的荧光。目前发现的具有自发性荧光的分子主要在细胞的线粒体内膜上。
线粒体在细胞中负责提供能量、产生ATP,并且是细胞内酶反应的枢纽部位。许多与代谢有关的酶都分布在它的内膜上,这些酶的催化作用大多数需要辅酶A作为辅助因子才能完成,而辅酶A的合成需要一个中间体--硫辛酸。
存在于细胞内的硫辛酸经过一系列反应最后生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。这个过程中会产生一个中间产物--乙酰辅酶A。这种脂肪酸衍生物能够从线粒体的内膜向外扩散到液相中,到达细胞质基质。此时若细胞受到光照的话,含有乙酰辅酶A的细胞质基质会被激发,发射出荧光。由于这类荧光通常都很弱且需要比较灵敏的仪器才能记录到,所以在过去并没有被注意到。
1950年,Caspary和Hess分别发现狗和牛的线粒体可以在黑暗中发出荧光之后,人们才逐渐开始了解这一现象[1]。现在发现在动物、植物、细菌甚至真菌中普遍存在这种现象。虽然多数细胞中的线粒体都可以出现自发性荧光,但是有些细胞中的某些类型的线粒体其内膜上的细胞色素基因表达会出现选择性抑制,从而导致这些线粒体在黑暗中并不会闪亮,如神经细胞中的线粒体 [2]。 除了线粒体的外膜能够发出荧光以外,在某些细胞中,由线粒体产生的荧光蛋白也可以出现在细胞质的液相中。
例如在绿色植物的光合器官中就有类胡萝卜素作为荧光染料的存在。有荧光作用的类胡萝卜素能够吸收红光和蓝光,从而将能量传递给其他电子受体,最终参与光合作用电子传递链的反应。在叶绿体基质中,这些能携带能量的类胡萝卜素荧光蛋白可以通过一些通道蛋白传输出来,因此在黑暗中叶绿体周围充满了闪烁的黄色颗粒。
另外在哺乳类的神经系统中,有一些神经元可以合成一种称为神经肽的物质。这些神经肽能够以配体形式激活离子型谷氨酸受体,进而引发神经递质释放或者再次摄取。在这些受体的配体结合槽附近有一个可能的荧光位点,当有外来配体竞争性结合的时候,细胞内部释放的荧光素就会减少从而减弱了荧光强度 [3]。
不管是线粒体内的自发荧光还是那些位于细胞液相中的荧光蛋白,其实都是在细胞新陈代谢的过程中起到一定作用的“荧光信号灯”,它们在细胞的生命活动中起着至关重要的作用。