Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Kele Péter egyetemi adjunktus Alkímia Ma, 2009. január 8.

Lumineszcencia jelenségek • Biolumineszcencia (biológiai folyamat, pl. luciferin-luciferáz) • Kemilumineszcencia (kémiai reakció, pl. luminolH2O2) • Fotolumineszcencia (fénnyel való gerjesztés) – Fluoreszcencia – Foszforeszcencia Alkímia Ma, 2009. január 8.

Fotolumineszcens folyamatok

Jablonszki-diagram Alkímia Ma, 2009. január 8.

Alkímia Ma, 2009. január 8.

Gerjesztési, emissziós spektrum


A fluoreszcencia tulajdonságai • Könnyű észlelhetőség (fluoriméter, mikroszkóp, szabad szem stb.) • Érzékeny észlelés (femtomol, 1 molekula) • Jó felbontóképesség (idő-, térbeli)


Fluoreszcens anyagok • Természetes vegyületek (pl. GFP származékok) • Mesterséges vegyületek (pl. aromás vegyületek) • Félvezető nanorészecskék (pl. CdSe nanorészecskék) • Upconverting nanorészecskék (Er, Yr, Eb)


Fluoreszcens jelzővegyületek • Festékek (stains, probes, labels) – Intenzív fluoreszcencia („fényesség”) – Hullámhossz (szín)

• Fluoreszcens molekuláris szenzorok (jelfogó, jeladó, vendégmolekula-gazdamolekula –hostguest- kölcsönhatás)


Fluoreszcens festékek, indikátorok • Jelzővegyületek bevitele – Géntechnológia (GFPk-nél) – Kémiai módosítás (megfelelő, reaktív funkciós csoportok -COOH, -SH, -NH2) – Bioortogonalitás (biológiailag semleges, egymással szelektíven, kvantitatíve reagáló funkciós csoportok alkalmazása, pl. N3, acetilén, foszfin) Alkímia Ma, 2009. január 8.

Jelzővegyületek I.természetes fluorofórok (GFP származékok) – – – – – –

Beépíthető más fehérjékbe Eredeti funkció sértetlen Fehérjék érési folyamatai Transzportfolyamatok Szerkezet jelölés (imaging) Konformációs változások


GFP származékok


Jelzővegyületek II.mesterséges fluorofórok • Szerves vegyületek • Szabályozható fotofizikai paraméterek (gerjesztési, emissziós hullámhossz) • Kémiai reaktivitás szabályozható (célvegyületre specifikus) • Kvantitatív reakció • Fiziológiás körülmények • Stabil termékek Alkímia Ma, 2009. január 8.


O Fluorofór

Enzim-SH

N

Enzim

S

O

O

N O

Fluorofór

O

O

Biomolekula-NH2 Biomolekula

O N

N C S

NH O

O

Fluorofór

Fluorofór

Biomolekula-NH2

Biomolekula

Fluorofór

NH NH S

Fluorofór

N N N

Fluorofór

Biomolekula

Fluorofór N N N

Cu(I) Biomolekula



Jelzővegyületek III. félvezető nanorészecskék (Quantum Dots, QD) • II-VI, III-V főcsoportbeli elemekből (CdSe, CdS, CdTe, ZnS, HgS…) • Széles gerjesztési, keskeny emissziós sáv • Intenzív fluoreszcencia • Az emissziós hullámhossz a részecske méretének a függvénye (2-10 nm) Alkímia Ma, 2009. január 8.

CdSe nanorészecskék (CdSe QD)



Molekuláris szenzorok • Fluoreszcens, szerves vegyületek – Jelzőrész (fluorofór) • A fluoreszcencia érzékeny a külső hatásokra (intenzitás, vagy szín)

– Jelfogó (receptor) • Adott vendégmolekulára érzékeny Alkímia Ma, 2009. január 8.

Molekuláris szenzorok I. Cd2+


Molekuláris szenzorok II. Hg2+


Molekuláris szenzorok III. Ag+


Membránfúzió dimer-monomer


Energiatranszfer (FRET) rendszerek • Két fluorofór (Donor, akceptor) • A donort gerjesztve az akceptor világít F1* +

F2

F1 +

F2*

F1* +

Q

F1 +

Q

• A donor emissziós spektruma átfed az akceptor gerjesztési spektrumával


Energiatranszfer (FRET) rendszerek •Távolságfüggő (10-100 Å) •Képalkotó technikák (időbeli követés) •Kinetikai mérések, konformációs változások, komplexálás stb…


Molecular Beacon


Enzimhidrolízis - FRET


Membránfúzió – FRET I.


Membránfúzió FRET II.




Upconverting nanorészecskék • Ritka földfémekből (Yb3+, Y2O3:Er3+) • Két kis energiájú fotonnal gerjesztés • Egy nagyobb energiájú foton emissziója • IR (NIR) à látható (Anti-Stokes) • Nincs autofluoreszcencia • Mélyebbre lehet besugározni (IR, NIR) Alkímia Ma, 2009. január 8.




Összefoglalás • Fluorofórok (természetes, szintetikus szerves, szervetlen) • Festékek, képalkotó technikák • Szenzorok (ionok, szerves vegyületek) • Energiatranszfer rendszerek (kinetika, konformációs változások, membránfúzió) • Upconverting nanorészecskék Alkímia Ma, 2009. január 8.

Hasznos linkek • www.invitrogen.com • Probes.invitrogen.com/handbook • Fluorophore.org • Kelep.web.elte.hu


Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Recommend Documents