CY5-苯丙氨酸，CY5-Phe，花青素修饰氨基酸助力生理代谢研究

1. 材料中英文名称

中文名称： CY5-苯丙氨酸

英文名称： CY5-Phenylalanine

常见缩写： Cy5-Phe 或 Cy5-F

2. 定义

CY5-苯丙氨酸是一种荧光标记的氨基酸。它属于生物探针或分子探针的范畴。

具体来说，它是通过化学方法将荧光染料CY5共价连接到苯丙氨酸分子上而制成的一种合成化合物。它不是天然存在的，而是在实验室中人工合成的，主要用于生物医学研究中的成像、检测和追踪。

3. 生理功能与实验应用功能作用

首先，需要明确一点：CY5-苯丙氨酸本身在天然生物体内没有生理功能。 它的所有“功能”都是研究人员为了实验目的而赋予的。

它在实验中的应用功能主要基于以下几个特性：

蛋白质合成与追踪（核心应用）：

原理： 细胞在合成蛋白质时，需要摄取氨基酸作为原料。虽然CY5-苯丙氨酸比天然苯丙氨酸大得多，但某些经过工程改造的细胞（如使用非天然氨基酸嵌入系统的细胞）或在某些条件下，可以将其识别并掺入到新合成的蛋白质链中。

功能： 一旦被掺入，新合成的蛋白质就带上了CY5这个“荧光标签”。研究人员可以使用荧光显微镜实时观察、追踪这些蛋白质在细胞内的合成位置、动态运输过程以及最终定位。

技术名称： 这种方法被称为非天然氨基酸嵌入或荧光氨基酸标记，是蛋白质组学研究中的重要工具。

细胞标记与示踪：

原理： 即使不能被有效掺入蛋白质，细胞也会主动摄取CY5-苯丙氨酸。染料分子会留在细胞内一段时间。

功能： 研究人员可以用它来批量标记细胞，然后通过流式细胞术进行细胞分选，或者将标记的细胞移植到动物体内后，通过活体成像系统 来追踪这些细胞在生物体内的迁移、归巢和分布情况。

氨基酸转运体功能研究：

原理： 细胞膜上的特定转运蛋白负责将苯丙氨酸等氨基酸运入细胞内。CY5-苯丙氨酸可以作为这些转运蛋白的“底物”。

功能： 通过检测细胞对CY5-苯丙氨酸的摄取效率（通过测量荧光强度），可以评估特定氨基酸转运体的活性，用于研究其功能、调控或筛选影响转运体的药物。

生物传感与检测：

利用其特异性结合或反应特性，可以将其作为信号单元，构建用于检测特定生物分子（如酶）的荧光传感器。

4. 生理特性

由于其人工合成的本质，谈论其“生理特性”更侧重于它在生物体系中的行为特性：

荧光特性： 在约650 nm的红色激光激发下，会发射出约670 nm的强烈近红外荧光。这个波段的荧光穿透组织能力强、生物组织自发荧光弱，非常适合深层组织成像和活体应用。

细胞摄取性： 能够通过细胞的氨基酸转运系统被摄入细胞内。

代谢惰性： 在细胞内，它通常不会被进一步代谢或仅发生缓慢代谢，能保持较长时间的荧光稳定性，有利于长时间追踪实验。

潜在毒性： 高浓度或长时间作用下，可能会对细胞正常生理功能（尤其是蛋白质合成）产生干扰，具有一定细胞毒性。

5. 两个材料是如何构建组合在一起的？

CY5染料和苯丙氨酸是通过化学合成方法共价连接的。这个过程不是在生物体内完成的，而是在实验室的化学试管中进行的。

一个典型的连接策略（构建方式）如下：

选择连接位点：

苯丙氨酸分子上有几个可能的反应位点：氨基、羧基和苯环。最常用且对氨基酸性质影响相对较小的位点是侧链的苯环。这样可以保留其α-氨基和α-羧基，使其仍然能被氨基酸转运体和蛋白质合成机器（在一定程度上）识别。

化学修饰与反应：

步骤一（修饰苯丙氨酸）： 首先对苯丙氨酸的苯环进行化学修饰，例如通过硝化、还原等反应，生成一个带有氨基的苯丙氨酸衍生物（如对-氨基苯丙氨酸）。这个新引入的氨基是一个非常好的反应手柄。

步骤二（活化CY5）： 商业化的CY5染料通常带有一个活性酯，例如N-羟基琥珀酰亚胺酯。这个活性酯基团非常容易与氨基发生反应。

步骤三（耦联反应）： 将带有氨基的苯丙氨酸衍生物与活化的CY5染料在适宜的缓冲液（如pH 8.5左右的碳酸氢钠溶液）中混合。CY5的活性酯会与苯丙氨酸衍生物上的氨基迅速反应，形成一个稳定的酰胺键。

纯化与鉴定：

反应完成后，通过高效液相色谱等技术将目标产物CY5-苯丙氨酸从反应混合物中分离和纯化出来。 

最后使用质谱和核磁共振等技术确认其化学结构和纯度。

总结一下连接方式： 主要通过一个稳定的酰胺键，将CY5染料连接到经过化学修饰的苯丙氨酸侧链（通常是苯环）上。