Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Hasonló dokumentumok
Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai alkalmazások. Emlékeztető: az abszorpció definíciója. OD = A = - log (I / I 0 ) = ε (λ) c x

Abszorpció, emlékeztetõ

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Lumineszcencia. Lumineszcencia. mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Alapjai, tulajdonságai, mérése. Kellermayer Miklós

Bevezetés a fluoreszcenciába

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Lumineszcencia spektroszkópia

DSC. DSC : differential scanning calorimetry. DSC : differential scanning calorimetry. ITC : isothermal titration calorimetry

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet

Abszorpciós fotometria

differenciális pásztázó kalorimetria DSC: differential scanning calorimetry ITC : isothermal titration calorimetry

DSC: differential scanning calorimetry. ITC : isothermal titration calorimetry. differenciális pásztázó kalorimetria

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Síkban polarizált fény Síkban polarizált fény

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Reakciókinetika és katalízis

Optikai spektroszkópiai módszerek

Lumineszcencia alapjelenségek

Abszorpciós fotometria

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

Abszorpciós spektroszkópia

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Lumineszcencia Fényforrások

Polarizált fény, polarizáció. Polarizáció fogalma. A polarizált fény. Síkban polarizált fény. A polarizátor

A fluoreszcencia orvosibiológiai. alkalmazásai. Fluoreszcencia forrása I. Fluoreszcencia alkalmazások. Kellermayer Miklós

Abszorpciós fotometria

Az elektromágneses hullámok

Sejt. Aktin működés, dinamika plus / barbed end pozitív / szakállas vég 1. nukleáció 2. elongáció (hosszabbodás) 3. dinamikus egyensúly

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

ORVOSI BIOFIZIKA. Damjanovich Sándor Mátyus László QT Szerkesztette

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Lumineszcencia: a fényt kibocsátó rendszer nem a magas hőmérséklet miatt világít!!! Ez az ún. hideg emisszió

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

2.3. Az abszorpciós spektrum és mérése

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Modern mikroszkópiai módszerek

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

Optikai spektroszkópiai módszerek

Komplex egyszerű Aktin alapú mikrofilamentum rsz. Hogyan vizsgálhatunk folyamatokat? Komplex egyszerű S E J T

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

A fény tulajdonságai

Fluoreszcencia spektroszkópia

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Fluoreszcens módszerek alkalmazása nanostruktúrák vizsgálatában. Jánosi Tibor Zoltán

2. Szerves anyagok oldatának fotolumineszcencia színképének meghatározása

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Abszorpciós fotometria

Atomszerkezet. Fehérjék szerkezetvizsgáló módszerei. Molekulaszerkezet. Molekula energiája. Lumineszcenciás technikák. E e > E v > E r. + E v.

Fluoreszcencia spektroszkópia

Gyors-kinetikai módszerek

Az elektromágneses spektrum

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Modern Biofizikai Kutatási Módszerek Kereskedelmi forgalomban kapható készülékek. Áramlási citometria (flow cytometry)

Elektromágneses sugárzások és biológiai rendszerek Ionizáló és nem-ionizáló sugárzások. Dr. Fidy Judit egyetemi tanár 2012 Febr.15


A CD alapjai. Fény: elektromágneses hullám, elektromos és mágneses tér időbeli és térbeli periodikus változása

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

Stokes-féle eltolódási törvény

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Módszer az ASEA-ban található reaktív molekulák ellenőrzésére

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Biomolekuláris szerkezet és dinamika vizsgálata. Gerjesztés során elnyelt energia sorsa. Fluoreszcencia és különleges alkalmazásai

KÉMIAI ANYAGSZERKEZETTAN

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Vezetők elektrosztatikus térben

Visszaverődés. Optikai alapfogalmak. Az elektromágneses spektrum. Az anyag és a fény kölcsönhatása. n = c vákuum /c közeg

In vivo szövetanalízis. Különös tekintettel a biolumineszcens és fluoreszcens képalkotási eljárásokra

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

A fény és az anyag kölcsönhatása

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Elektromágneses sugárzások és biológiai rendszerek Ionizáló és nem-ionizáló sugárzások. Sugárzások és biológiai rendszerek

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 8. Raman spektroszkópia Anizotrópia IR és Raman spektrumokban

Diffúzió 2003 március 28

Modern fizika laboratórium

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

A LÉZERSUGÁRZÁS ALAPVETŐ ISMÉRVEI SPONTÁN VS. INDUKÁLT EMISSZIÓ A FÉNYERŐSÍTÉS FELTÉTELE A POPULÁCIÓ INVERZIÓ FELTÉTELE

Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben?

Átírás:

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek 2012. 11. 08.

Fotonok és molekulák ütközése Fény (foton) ütközése a molekulákkal fényszóródás abszorpció E=hν Fényelnyelés: -Egy foton energiája -> molekula energiája ( E = h / ). -Az elnyelt energia átalakul: - Hő - Fluoreszcencia - Foszforeszcencia Jablonski diagramm - Fluoreszcencia kioltás és fluoreszcencia rezonancia energia transzfer

A gerjesztett állapotú elektron lecsengési lehetőségei Gerjesztés Fluoreszcencia 10-9 s Foszforeszcencia 10-3 s k f k ph 10-15 s Alap állapot Relaxáció Gerjesztett állapot k q k ic Kioltás vagy Energia transzfer Internal conversion (HŐ)

Fluoreszcencia alapfogalmak Intenzitás: az időegység alatt emittált fotonok számával arányos. Kvantumhatásfok: Milyen hatásfokkal fordítódik az elnyelt energia fénykibocsátásra. A kibocsátott fotonok száma, osztva az elnyelt fotonok számával. Q f k f k f k nr Élettartam: az az időtartam ami alatt az intenzitás az részére csökken le. e-ed 1 k f k nr

Minta Gerjesztési monokromátor Fényforrás Emissziós monokromátor Detektor A detektálás a gerjesztés síkjára merőlegesen történik!!!

Fluoreszcencia Anizotrópia Izotróp rendszer: Irányultság szempontjából homogén rendszer. Anizotróp rendszer: olyan rendszer, melyben vannak kitüntetett irányok. Polarizált fény: Elektromos térerősség vektor síkja a fény terjedése során nem változik. Fluoreszcencia anizotrópia: Polarizált fény segítségével az izotróp fluorofór populációt anizotróppá alakítjuk át.

Polarizált fény Nem polarizált fény Polarizátor Polarizált fény Polarizált fény: Elektromos térerősség vektor egy jól definiált síkban rezeg.

Polarizált fény abszorpciója Abszorpciós vektor: meghatározza a polarizált fény abszorpciójának valószínűségét.

Fotoszelekció Csak a megfelelő orientáltságú abszorpciós momentummal rendelkező fluorofórok gerjesztődnek a mintában! A fotoszelekciónak megfelelően, a gerjesztett állapotú fluorofórok a z tengely köré rajzolható igen kis kúpszögű (ϑ) forgás-kúpon belül helyezkednek el.

Anizotrópia meghatározás A vertikális és horizontális síkban mért intenzitások segítségével lehet meghatározni az anizotrópiát! r I I vv vv I 2I vh vh

Perrin egyenlet (Francis Perrin-1926) Az anizotrópia mértéke függ a rotációs diffúziótól és az élettartamtól, amely alatt az emissziós vektor elfordul. Rotációs korrelációs idő a molekulák rotációs diffúziós képességéről ad információt!

Anizotrópia A fluoreszcencia anizotrópia a tér három irányába emittáló fluorofórt jellemzi, vagyis az emissziós polarizáció mértéke, mellyel a molekulák rotációját lehet kimutatni. Ha a fluorofór x irányba terjedő, x-z síkban vertikálisan polarizált fénnyel világítjuk meg, a fotoszelekció következtében a vertikálisan elhelyezkedő fluorofór molekulák gerjesztődnek, és a gerjesztett állapotú fluorofórok a rotációjuk következtében a z tengely köré rajzolható forgáskúpon belül helyezkednek el. dimenziónélküli nem függ a fluorofór koncentrációjától a fluorofór rotációs diffúziós mozgása befolyásolja additív!!! Normál érték: -0,2 és 0,4 között van. Ha ettől eltérőt mérünk az valami műtermék, hiba (pl.: fényszórásból).

Akalmazás Molekulák rotációs diffúziójának meghatározása Molekulák közti interakciók detektálása Konformácós változások észlelése Membránok fluiditásának meghatározása

Fluoreszcencia kioltás A fluorofórok által kibocsátott fény intenzitásának csökkenése olyan molekulák vagy ionok jelenlétében, melyek elektronszerkezete megfelelő ahhoz, hogy a gerjesztett állapotban lévő fluorofórral ütközve annak gerjesztési energiáját átvegyék, majd azt valamilyen formában disszipálják (például hő). Versengés a fluoreszcencia kibocsátása és a nem sugárzásos átmenet között csökkent fluoreszcencia emisszió. Fluoreszcencia intenzitás lecsökken!

Kinint kioltjuk klorid ionnal. Nem fog fluoreszkálni a minta. Kinin fluoreszcenciája kéken világít

1. Statikus kioltás Kioltás típusai A kioltó és a fluorofór még a gerjesztés előtt egy komplexet (sötét komplex) alkot, mely komplex nem képes fényt emittálni. Diffúzió által nem befolyásolt! Fluoreszcencia élettartam nem érzékeny rá! + : Nincs emisszió Fluorofór Kioltó Sötét komplex (a gerjesztés előtt jön létre) Gerjesztés

2. Dinamikus kioltás A kioltó és a fluorofór molekulák diffúziós folyamatok révén egymás közelébe kerülnek, egy ütközési komplexet hoznak létre, majd a gerjesztett fluorofór átadja az energiáját a kioltónak. Diffúzió által befolyásolt Fluoreszcencia élettartamot csökkenti! Fluorofór F 0 /F= 0 / + : + Kioltó h*υ Gerjesztés Ütközési komplex (a gerjesztés után jön létre) Fluorofór Kioltó

Stern-Volmer egyenlet ( a kioltás mértékének kvantifikálása) Max Volmer (1885-1965) Otto Stern (1888-1969) Fizikai Nobel díj (1943)

Stern-Volmer egyenlet Ha a fluorofór élettartamát vizsgáljuk a kioltó koncentrációjának a függvényében, akkor lineáris összefüggést kapunk: 0 D 1 k q 1 K q 0 SV τ 0 kioltó távollétében az élettartam τ D kioltó jelenlétében mért élettartam K + - állandó, mely jellemzi a fluorofór és a kioltó transzportját valamint a hozzáférhetőséget. K sv egyenes meredeksége, Stern-Volmer állandó

Stern-Volmer egyenlet F0 1 K [ Q] sv F F 0 : fluoreszcencia intenzitás a kioltó hiányában F : fluoreszcencia intenzitás a kioltó jelenlétében K sv : Stern-Volmer állandó *Q+ : kioltó koncentrációja

Stern-Volmer állandó(k sv ) A fluorofór hozzáférhetőségéről ad információt! Dinamikus kioltás K sv =k q * τ 0 k q : bimolekuláris sebességi állandó, ami a fluorofór és a kioltó diffúziós képességével, illetve a fluorofór hozzáférhetőségével áll összefüggésben k q = 1x10 10 M -1 s -1 k q < 1x10 10 M -1 s -1 k q > 1x10 10 M -1 s -1 diffúzió kontrollált sztérikus lefedettség kötés

Módosított Stern-Volmer egyenlet (Lehrer-egyenlet) A kioltó számára nem egyformán hozzáférhető fluorofórok esetén!

Hogyan dönthető el milyen típusú kioltásról van szó? Dinamikus kioltás Statikus kioltás

Kioltók típusai 1. Semleges kioltók: akrilamid, nitroxidok sztérikus viszonyok feltérképezése 2. Töltéssel rendelkező kioltók: jodid, cézium, kobalt Töltés viszonyok meghatározása

Alkalmazás Fehérjék folding -jának vizsgálata Fehérjék konformációs állapotának és töltés viszonyainak feltérképezése Membránok permeabilitása Diffúziós állandók meghatározása Ld: később

Triptofán fluoreszcenciájának kioltása akrilamiddal

Fluoreszcencia Rezonancia Energia Transzfer (FRET) - Theodor Förster, 1948 A Förster típusú energiatranszfer a gerjesztett állapotban lévő fluoreszkáló molekula (donor), valamint egy megfelelő spektroszkópiás követelményeket kielégítő molekula (akceptor) között dipól-dipól kölcsönhatás révén, sugárzás nélküli energiaátadás formájában jön létre. A gerjesztett donor relaxációja az akceptor molekula emissziója révén valósul meg! k t ~1/R 6 E R

A FRET feltételei Fluoreszcens donor és akceptor molekula. A donor és akceptor molekula közötti távolság 2-10 nm! Megfelelő orientáció Átfedés a donor emissziós spektruma és az akceptor abszorpciós spektruma között.

A FRET molekuláris mechanizmusa

Hogyan határozható meg a transzfer hatásfok? τ DA : élettartam az akceptor jelenlétében τ D : élettartam az akceptor hiányában F DA : fluoreszcens intenzitás az akceptor jelenlétében F D : fluoreszcens intenzitás az akceptor hiányában Donor emissziója csökken! Akceptor emissziója nő!

Energia transzfer hatásfok a donorakceptor távolság függvényében E R 6 0 R 6 0 R 6 Förster féle kritikus távolság (R 0 ): Az a donorakceptor távolság, aminél a transzfer hatásfok 0.5

Förster féle kritikus távolság donor-akceptor pároknál

Energia transzfer típusai Heterotranszfer: különböző fluorofórok között jön létre. Homotranszfer: azonos fluorofórok között jön létre, melyeket kis Stokes eltolódás jellemez. Homotranszfer Heterotranszfer

Összefoglalás FRET távolságok meghatározására alkalmas megfelelő donor akceptor párok esetén. Molekulák közötti kölcsönhatások tanulmányozása. Molekulákon belüli szerkezeti változások tanulmányozása.

FRET alkalmazások Fehérjék interakciója Makromolekulák asszociációs vizsgálata (pl. DNS) Távolság mérés (molekuláris mérőszalag) Fehérjék konformációs vizsgálat

Gyakorlati alkalmazások Aktin monomer Milyen a nukleotid kötő zsebben található fluorofór hozzáférhetősége? Nukleotidkötő-zseb ε-atp ε-atp Cofilin Profilin

Gyakorlati alkalmazások FRET Fehérjék konformációs változása

Fehérjék interakciója Gyakorlati alkalmazások FRET