在GFP的中心是由三個氨基酸經自催化形成的一個共軛體系。事實上很多分子都具有熒光性質，但是大共軛體系的能級更細，而且吸收和發光譜段都在可見光區，再加上GFP優良的生物合成性質，所以被廣泛用于活體生物檢測。不過在活體生物檢測中使用化學合成的熒光分子作標記也是很常見的，其不依賴于生物合成，有更高的可控性，當然成本也更高。

在蛋白質分子中, 能發射熒光的氨基酸有色氨酸(Trp )、酪氨酸(T yr) 以及苯丙氨酸(Phe)三種。個別蛋白質分子含有的黃素腺嘌呤二核苷酸 (FAD ) 也能發射熒光。Trp、Tyr 以及 Phe 由于其側鏈生色基團的不同而有不同的熒光激發和發射光譜。其中 Trp 的熒光強度更大, Tyr 次之, Phe 最小。

三種氨基酸都都屬于芳香類氨基酸。發出熒光通常在 280 nm 或更長的波長被激發，如果想選擇性的激發色氨酸，要選擇295 nm的波長。 Phe 在 絕大多數實驗條件下不被激發, 所以很少能觀察到 Phe 的發射。因此，蛋白質的內源熒光主要來自 Trp 和 Tyr 殘基。Trp 殘基對微環境的變化很敏感, 并且大多數蛋白質都含有幾個不同的 Trp 殘基, 因而常作為內源熒光探針來研究溶液狀態下蛋白質的構象。

色氨酸發出的熒光是如何根據微環境變化而變化的呢？ 這個問題很有趣。當蛋白質處于折疊狀態時，如果在蛋白質內部含有色氨酸，色氨酸周圍的環境主要是疏水的，此時色氨酸發出的熒光的強度會很高，同時發出熒光的更大光強度在波長330 nm處。當蛋白質處在解折疊狀態時，色氨酸完全暴露在溶液中，周圍環境是親水的，此時色氨酸發出熒光的強度會變低，同時發出熒光的更大光強度的波長會增大，移動到350 nm處

熒光蛋白發光特性

GFP吸收的光譜更大峰值為395nm（紫外），并有一個峰值為470nm的副吸收峰（藍光）；發射光譜更大峰值為509nm（綠光），并帶有峰值為540nm的側峰（Shouder）。雖然450～490nm只是GFP的副吸收峰，但由于該激發光對細胞的傷害更小，因此通常多使用該波段光源（多為488nm）。

上圖為煙草在LUYOR-3410紫外線燈照射下觀察到的效果

GFP熒光極其穩定，在激發光照射下，GFP抗光漂白（Photobleaching）能力比熒光素強，特別是在450～490nm藍光波長下更穩定。類似的，GFP融合蛋白的熒光靈敏度遠比熒光素標記的熒光抗體高，抗光漂白能力強，因此更適用于定量測定與分析。由于GFP熒光的產生不需要任何外源反應底物，因此GFP作為一種廣泛應用的活體報告蛋白，其作用是任何其它酶類報告蛋白無法比擬的。但因為GFP不是酶，熒光信號沒有酶學放大效果，因此GFP靈敏度可能低于某些酶類報告蛋白，比如熒光蛋白的應用非常的廣泛（如上圖）， 已經應用于分子標記，體內示蹤，信號轉導，藥物篩選等生物科研的各個方面熒光讓我們能夠檢測分子的構象變化，也能讓我們追蹤化學反應.... 是科學研究的重要手段之一。與熒光相似，生物發光也常用在實驗室中。與熒光不同，生物發光不需要激發光照射。

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