Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Átírás

1 Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól Kele Péter egyetemi adjunktus

2 Lumineszcencia jelenségek Biolumineszcencia (biológiai folyamat, pl. luciferin-luciferáz) Kemilumineszcencia (kémiai reakció, pl. luminol- H 2 O 2 ) Fotolumineszcencia (fénnyel való gerjesztés) Fluoreszcencia Foszforeszcencia

3 Fotolumineszcens folyamatok Jablonszki-diagram

4

5 Gerjesztési, emissziós spektrum

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

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

8 Fluoreszcens jelzővegyületek Festékek (stains, probes, labels) Intenzív fluoreszcencia ( fényesség ) Hullámhossz (szín) Fluoreszcens molekuláris szenzorok (jelfogó, jeladó, vendégmolekula-gazdamolekula hostguest- kölcsönhatás)

9 Fluoreszcens festékek, indikátorok Jelzővegyületek bevitele Géntechnológia (GFPk-nél) Kémiai módosítás (megfelelő, reaktív funkciós csoportok -COOH, -SH, -NH 2 ) Bioortogonalitás (biológiailag semleges, egymással szelektíven, kvantitatíve reagáló funkciós csoportok alkalmazása, pl. N 3, acetilén, foszfin)

10 Jelzővegyületek I.- természetes fluorofórok (GFP származékok) Beépíthető más fehérjékbe Eredeti funkció sértetlen Fehérjék érési folyamatai Transzportfolyamatok Szerkezet jelölés (imaging) Konformációs változások

11 GFP származékok

12 Jelzővegyületek II.- mesterséges fluorofórok Szerves vegyületek Szabályozható fotofizikai paraméterek (gerjesztési, emissziós hullámhossz) Kémiai reaktivitás szabályozható (célvegyületre specifikus) Kvantitatív reakció Fiziológiás körülmények Stabil termékek

13

14 Fluorofór O N Enzim-SH Enzim S O O N O Fluorofór Fluorofór O O O N Biomolekula-NH 2 Biomolekula NH O O Fluorofór Fluorofór N C S Biomolekula-NH 2 Biomolekula NH S NH Fluorofór Fluorofór N N N Biomolekula Cu(I) Biomolekula N N N Fluorofór

15

16 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)

17 CdSe nanorészecskék (CdSe QD)

18

19 Molekuláris szenzorok Fluoreszcens, szerves vegyületek Jelzőrész (fluorofór) A fluoreszcencia érzékeny a külső hatásokra (intenzitás, vagy szín) Jelfogó (receptor) Adott vendégmolekulára érzékeny

20 Molekuláris szenzorok I. Cd 2+

21 Molekuláris szenzorok II. Hg 2+

22 Molekuláris szenzorok III. Ag +

23 Membránfúzió dimer-monomer

24 Energiatranszfer (FRET) rendszerek Két fluorofór (Donor, akceptor) A donort gerjesztve az akceptor világít F 1 * + F 2 F 1 + F 2 * F 1 * + Q F 1 + Q A donor emissziós spektruma átfed az akceptor gerjesztési spektrumával

25 Energiatranszfer (FRET) rendszerek Távolságfüggő ( Å) Képalkotó technikák (időbeli követés) Kinetikai mérések, konformációs változások, komplexálás stb

26 Molecular Beacon

27 Enzimhidrolízis - FRET

28 Membránfúzió FRET I.

29 Membránfúzió FRET II.

30

31

32 Upconverting nanorészecskék Ritka földfémekből (Yb 3+, Y 2 O 3 :Er 3+ ) Két kis energiájú fotonnal gerjesztés Egy nagyobb energiájú foton emissziója IR (NIR) látható (Anti-Stokes) Nincs autofluoreszcencia Mélyebbre lehet besugározni (IR, NIR)

33

34

35

36 Összefoglalás Fluorofórok (természetes, szintetikus szerves, szervetlen) Festékek, képalkotó technikák Szenzorok (ionok, szerves vegyületek) Energiatranszfer rendszerek (kinetika, konformációs változások, membránfúzió) Upconverting nanorészecskék

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