第四届“创意光电”科普大赛参赛作品展示（9）：FRET，让分子作用“看得见”

FRET，让分子作用“看得见”

参赛者：冷月红

指导教师：祁淑红

生命的各种活动归根到底是一系列生物分子之间的相互作用在推动，在生命科学中，对生物分子之间的相互作用的研究是揭示生命活动过程的关键，而荧光共振能量转移（FRET）便是能够将分子相互作用的这一动态过程变得“看得见”的有效手段。

一、原子组成

物质是由各种分子组成的，分子又由不同的原子组成，原子还可进一步分为原子核和核外电子。不同原子的核外电子数量不同，核外电子在各自固定的轨道上绕原子核高速运转，这一状态下的电子称为基态电子。

二、荧光的产生

高能激发光照射到荧光物质上时，光子撞击电子而将能量传递给电子，电子能量变高而变得不稳定，脱离原本轨道进入其他轨道，这一过程称为跃迁。跃迁到其他轨道上的电子称为激发态电子。激发态电子会释放多余的能量以降回原本轨道恢复稳定。这一过程中释放的部分或全部能量就呈现为荧光，有的还会以热能等其他的形式释放部分能量。只有从特定激发态变回基态时才会产生荧光。因此荧光的产生需有适宜强度的激发光。

三、光的能量

光具有波动特性，波长小于380 nm的称为紫外光，大于780 nm的称为红外光，380~780 nm之间的光依次呈现为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红光。

不同波长的光具有的能量不同，波长越短，能量越高。不同的荧光相应地有不同的能量。

由于荧光的产生过程常伴有其他能量的损耗，因此荧光的能量一般要低于激发光，即波长大于激发光，但也有一些荧光物质能够产生于激发光能级相同的荧光。某一荧光物质产生的荧光都是在对应的特定波长范围内的。

四、荧光共振能量转移（FRET）

FRET指是距离很近（10nm范围以内）的两个荧光分子间产生的一种能量转移现象。当供体荧光分子的发射光谱与受体荧光分子的吸收光谱重叠，会发生能量转移，使得供体的荧光强度变低，而受体发射的荧光却大大增强。其中，提供能量的称为供体，接受能量的称为受体。一般通过计算能量转移效率来评估FRET过程。受体可换为不发出荧光的其他分子种类，此时发生荧光淬灭。

荧光分子A和B分别偶联到分子A和B上，若分子A和B不发生相互作用，那么二者之间的距离较远（>10 nm），荧光分子A的能量无法转移到荧光分子B上，不会激发出荧光B。

若分子A和B相互结合，此时距离较近（<10 nm），荧光分子A的能量便能转移到荧光分子B上激发出荧光B。同时导致自身荧光A的减弱。通过检测这一变化，科学家们就证明了分子A和 分子B发生了相互作用。

五、FRET的应用

FRET技术作为生命科学研究中的一把利器，已成功应用于细胞内分子间的相互作用、膜蛋白的研究、细胞膜受体蛋白间的相互作用、细胞凋亡的研究以及核酸检测等多个领域，在生命科学的研究、发展中发挥了重要作用。