GCaMP是一種基於綠色螢光蛋白（GFP）的鈣離子指示劑，它通過融合鈣調蛋白（CaM）和平滑肌細胞肌球蛋白輕鏈激酶的片段（M13）來檢測細胞內鈣離子的變化。其基本原理如下：
基本結構：GCaMP由GFP的變體cpEGFP、鈣調蛋白CaM和平滑肌細胞肌球蛋白輕鏈激酶的片段M13融合而成。在沒有鈣離子的情況下，cpEGFP本身不發光。當鈣離子存在時，CaM與M13結合，導致cpEGFP構象變化，從而發出螢光。
工作原理：在沒有鈣離子的情況下，GCaMP不發光。當細胞內鈣離子濃度升高時，CaM與鈣離子結合，進而與M13結合，引起cpEGFP構象變化，導致螢光強度增加。這種螢光強度的變化與細胞內鈣離子濃度的變化成正比，因此可以通過測量螢光強度的變化來反映細胞內鈣離子的動態變化。
套用：GCaMP廣泛套用於神經科學研究中，用於監測神經元活動的鈣信號。通過遺傳編碼的方式，GCaMP可以精確地指示神經元內鈣離子的動態變化，從而研究神經元的活性。GCaMP的不同變體（如GCaMP6s、GCaMP6m、GCaMP6f、jGCaMP7s、jGCaMP7f等）具有不同的動力學特性和敏感性，適用於檢測不同時間尺度的鈣信號。
技術優勢：與傳統的鈣離子染料相比，GCaMP具有更高的信噪比、光穩定性以及更小的光毒性，使得長期監測成為可能。此外，GCaMP可以通過基因編碼的方式引入細胞，提供了一種無創的方式來監測細胞內鈣離子的動態變化。
綜上所述，GCaMP通過其獨特的分子設計和工作原理，為研究細胞內鈣離子濃度變化提供了強大的工具。