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



Hasonló dokumentumok
Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet

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

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

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

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Bevezetés a fluoreszcenciába

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

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

Lumineszcencia mindenütt. Fehérjék szerkezetvizsgáló módszerei. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcenciás technikák

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

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

Modern mikroszkópiai módszerek

Fehérjék szerkezetvizsgáló módszerei

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Abszorpció, emlékeztetõ

Fény- és fluoreszcens mikroszkópia. A mikroszkóp felépítése Brightfield mikroszkópia

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Lumineszcencia spektroszkópia

2008 Small World contest -18th Prize - Dr. Tamily Weissman (Harvard University - Cambridge, Massachusetts, United States) Specimen: Brainbow

Mozgékony molekulák vizsgálata modern mikroszkópiával

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs. A mikroszkópok legfontosabb típusai

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

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

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

Nanodiagnosztika: Nanopartikulum alapú in vivo képalkotás

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

Áttekintés 5/11/2015 MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 1 FÉNYMIKROSZKÓPIA FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA. Mikroszkópia, fénymikroszkópia

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

d z. nsin

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

Lumineszcencia alapjelenségek

Kis Petik Katalin. Semmelweis Egyetem. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

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

A biológiai anyag vizsgálatának mikroszkópi módszerei

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

5/11/2015 MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 2 FLUORESZCENCIÁN ALAPULÓ MODERN MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK. Fluoreszcencia mikroszkópia

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

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

Modern mikroszkópiai technikák

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

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Tóth Mónika Ágnes PTE ÁOK Biofizikai Intézet Kereskedelmi forgalomban kapható készülékek

Fluoreszcencia spektroszkópia

Biofizika 2 Fizika-Biofizika

Tartalom. A citoszkeleton meghatározása. Citoszkeleton. Mozgás a biológiában A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER 12/9/2016

Reakciókinetika és katalízis

Biomolekuláris szerkezet

FONTOS! a március 14-i előadás március 19-én (szombat) 9 h-kor lesz

2.3. Az abszorpciós spektrum és mérése

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

Az ellenanyagok orvosbiológiai. PhD kurzus 2011/2012 II. félév

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Optikai spektroszkópiai módszerek

Részletes szakmai beszámoló Az erbb proteinek asszociációjának kvantitatív jellemzése című OTKA pályázatról (F049025)

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

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Fluoreszcencia spektroszkópia

Abszorpciós spektroszkópia

Az elektromágneses spektrum

6. Fehérjék kimutatása. Biokémiai és sejtszintű vizsgálatok

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens

Az áramlási citometria gyakorlati alkalmazása az ondó rutin analízisben. Hajnal Ágnes, Dr Mikus Endre, Dr Venekeiné Losonczi Olga

Lumineszcencia. Dr. Vámosi György

Biomolekuláris rendszerek vizsgálata

Kollár Veronika

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

6. Fehérjék kimutatása. Biokémiai és sejtszintű vizsgálatok

Orvosi Biofizika II. Szigorlati tételsor Korai atommodellek. Rutherford-féle kísérlet. Franck-Hertz kísérlet. Bohr-féle atommodell.

A lézer-szkenning citometria lehetőségei. Laser-scanning cytometer (LSC) Pásztázó citométer. Az áramlási citometria fő korlátai

6. Fehérjék kimutatása. Biokémiai és sejtszintű vizsgálatok

Lumineszcencia Fényforrások

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

Biofizika I

Citoszkeleton. Sejtek rugalmassága. Polimer mechanika: Hooke-rugalmasság. A citoszkeleton filamentumai. Fogászati anyagtan fizikai alapjai 12.

Nanomedicina Szimpózium, Nanomechanika: Egyedi Biomolekulák Manipulálása. Kellermayer Miklós

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

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

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

Áramlási citometria, sejtszeparációs technikák. Immunológiai és Biotechnológiai Intézet ÁOK, PTE

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

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

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?

Modern mikroszkópiai módszerek

Abszorpciós fotometria

A módszerek jelentősége. Gyors-kinetika módszerek. A módszerek közös tulajdonsága. Milyen módszerekről tanulunk?

11/15/10! A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER! Polimerizáció! Polimerizációs egyensúly! Erő iránya szerint:! 1. valódi egyensúly (aktin)" Polimer mechanika!

ADATÉRTÉKEL ELJÁRÁSOK SEJTFELSZÍNI FEHÉRJEMINTÁZATOK ANALÍZISÉRE SZENTESI GERGELY

Áramlási citometria elve

Lumineszcencia. Atomszerkezet. Molekulaszerkezet. Molekula energiája. E e > E v > E r. + E v. + E r. = E e. E total. Alapok, tulajdonságok

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

Szalay Péter (ELTE, Kémia Intézet) Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben?

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

Daganat immunterápia molekuláris markereinek tanulmányozása biofizikai módszerekkel. Áramlási és képalkotó citometria

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

Átírás:

A fluoresczencia orvosbiológiai alkalmazásai Kellermayer Miklós A fluoreszcencia orvosibiológiai alkalmazásai Fluoreszcencia mikroszkópia DNS szekvenálás (lánc terminációs módszer) DNS festés (EtBr) DNS microarray technológia Immunfluoreszcencia Fluoreszcencia-aktivált sejt válogatás (FACS) Förster rezonancia energia transzfer (FRET) Fluorescence recovery after photoleaching (FRAP) Fluoreszcens fehérje-konjugációs technikák Jelölés kvantum pontokkal (quantum dots) stb... Néhány példa: Fluoreszcencia alkalmazások Fluoreszcencia forrása Intrinsic, extrinsic (jelölések, konjugációk) Gerjesztett állapot lecsengési mechanizmusai Spektroszkópiás alkalmazások FRET Speciális alkalmazások FACS, FRAP Mikroszkópiák TIRF, konfokális, kétfoton fluoreszcencia, szuperrezolució Fluoreszcencia forrása I. Intrinsic (belső) fluorofórok: Pl. triptofán, tirozin fehérjékben (konjugált kettőskötés-rendszert tartalmazó aminosavak) Extrinsic (külső) fluorofórok: Kívülről bevitt festékmolekulák Módszer - "fluoreszcens jelölés" Problémák: kémiai specificitás és célozhatóság, térbeli specificitás és mobilitás Fluoreszcens jelölés szempontjai: 1. spektrális tulajdonságok (pl. gerjesztési spektrum helye, szélessége, távolsága az emissziós maximumtól, emissziós spektrum helye a látható tartományban) 2. kvantumhatásfok 3. stabilitás (fotokifehéredési hajlam) 4. pislogás (blinking) TMRIA fluorofór (rodamin) keresztkötő (jódacetamid) Egyedi kvantumpont - pislogás ( blinking )

Fluoreszcencia forrása II. Fluoreszcens fehérjékkel való konjugálás Fluoreszcencia forrása III. Kvantumpontokkal való jelölés (félvezető nanokristályok) 1. Zöld fluoreszcens fehérje (Green Fluorescent Protein, GFP) Méret: ~27 kda, 238 aa Szerkezet: 11-szálú β-hordó Kromofór: a központi hélix Ser65-Tyr66-Gly67 oldalláncaiból Fluoreszcencia 3D szerkezet intaktságától függ Tandem fúziós konstrukció a GFP és a vizsgált fehérje génjeiből 20 nm Mag (CdSe) Héj (ZnS) Polimer burok (kémiai aktiválás) Streptavidin (biotint köt - kapcsolás) Széles gerjesztési spektrum Hangolható emissziós spektrum (részecske méretétől függ) Fotokifehéredéssel szemben rendkívül ellenállóak Pislogásra (blinking) hajlamosak Előnyök: in vivo mérések, mutánsokból spektrális variánsok állíthatók elő, melyek több különböző konstrukció együttes vizsgálatát is lehetővé teszik. Hátrányok: pislogás, csak terminális (N vagy C) jelölés, a GFP a célfehérje működését szterikusan befolyásolhatja. GFP-egér Gerjesztési spektrum Emissziós spektrum 2. A GFP egyéb színű (kék, sárga, vörös) mutánsai 3. Fotoaktiválható GFP analóg 4. Kaede: korallból származó fluoreszcens fehérje, mely UV-indukálható zöld-vörös fotokonverziót mutat Hullámhossz (nm) Kvantumponttal konjugált ellenanyagokkal jelölt egér bélhám (vörös: aktin, zöld: laminin, kék: sejtmag) Gerjesztés során elnyelt energia sorsa Förster Rezonancia Energia Transzfer (FRET) Belső konverzió (hő) Fluoreszcencia kioltás ( quenching ) Általánosan: Rendszerek közötti átmenet S T Fluoreszcencia (ns) Foszforeszcencia (ms) k isc k ic k Q ENERGIA k k FRET f Förster Rezonancia Energia Transzfer (FRET) A gerjesztett állapotban lévő molekula (donor), valamint egy megfelelő spektroszkópiás követelményeket kielégítő molekula (akceptor) között dipól-dipól kölcsönhatás révén, sugárzás nélküli energiaátadás formájában jön létre. Fluoreszcencia Rezonancia Energia Transzfer (FRET): ha az energiatranszfer szereplői fluorofórok. Sugárzásos és nem sugárzásos átmenetek!

hν A FRET mechanizmusa A gerjesztett donor (D) relaxációjához hozzájárul az akceptor (A) molekula emissziója! hν + - D E ~ k FRET ~ 1/R 6 A - + R hν A FRET feltételei Fluoreszcens donor (D) és akceptor (A) molekula. A donor és akceptor molekula közötti távolság (R) 2-10 nm! Átfedés a donor emissziós spektruma és az akceptor abszorpciós spektruma között. Fl intenzitás ill. OD Spektrális átfedés (átfedési integrál) Hullámhossz (nm) A FRET távolságfüggése A FRET alkalmazása E = R 0 6 R 0 6 + R 6 E Förster-távolság (Az a távolság melyen a FRET hatásfok felére csökken: transzferhatásfok 0.5) Molekuláris mérőszalag: távolságmérés a nm-es (10-9 m) tartományban. Nagyon érzékeny (lásd hatvány összefüggés)! Alkalmazás: Molekulák közötti kölcsönhatások tanulmányozása. Molekulákon belüli szerkezeti változások tanulmányozása. FRET mikroszkópia A fluorofórok (D-A) közötti aktuális távolság Donor emisszió Akceptor emisszió R 0 D-A Távolság Transzfer hatásfok

Fluorescence activated cell sorter (FACS) Fluoreszcencia aktivált sejtválogatás; Áramlási citometria (flow cytometry) Fluoreszcensen fajlagosan megjelölt sejtszuszpenziót sejtenként analizálunk Sok paramétert mérünk (fluoreszcencia intenzitás különböző hullámhosszokon, kis- és nagyszögű szórás) Statisztikai analízist végzünk Szükség esetén a et szétválogathatjuk a paraméterek alapján Folyadékköpeny Sejtszuszpenzió Áramló Citometriás statisztika Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) Sejtmembrán, benne diffundáló fluoreszkáló molekulák Megvilágítás intenzív lézerfénnyel Diffúzió, fluoreszcencia intenzitás nő Kifehérítés előtti kép Diffúziós állandó meghatározható a fluoreszcencia intenzitás visszatérésének időbeli lefutásából: Lézer Fókuszáló optika Szűrők Közel teljesen visszatért fluoreszcencia Kifehérítést azonnal követő kép D = w2 4t D Sejtszorter Dikroikus tükör Lencsék és szűrők D = diffúziós állandó w = kifehérített terület átmérője td = időállandó Szferikus Ovoid Idő (s) Fluoreszcencia visszatérése Lézer pásztázó konfokális mikroszkópia Érzékenyített video mikroszkópia Izom Pásztázás Y X Izomrost Miofibrillum Szarkomer Konfokális elv Objektív lencse Fókuszsíkból érkező nyaláb 50 μm Rodamin-jelölt aktin filamentumok motilitása - érzékenyített epifluoreszcencia videomikroszkópia Minta Fókuszsíkon kívülről érkező nyaláb Pinhole Zöld: mikrotubulusok; Vörös: aktin; Kék: sejtmag Vastag filamentum Szubsztrát

Teljes belső visszaverődés fluoreszcencia mikroszkópia (TIRFM) Egyedi enzimmolekulák TIRFM képe Evaneszcens mező Foszfoglicerát kináz (PGK) Kimogram sejt Üveglemez Objektív lencse Lézernyaláb Idő Baktérium flagellum rendszere Flagelláris rotor Alexa532-vel jelölt bakteriális flagellumok Fotokifehéredés egy lépésben (sokaságban exponenciális függvény!) 50 μm PGK molekulák Alexa488-cal jelölve, TIRF mikroszkópia Idő (s) Multifoton mikroszkópia Két (vagy több) foton energiája összeadódik a gerjesztéskor Gerjesztés (következésképp emisszió) csak a fókuszpontban (limitált fotokárosítás) Gerjesztés nagy (közeli IR) hullámhosszú, rövid (fs) fényimpulzusokkal Nagy hullámhossz miatt mély optikai behatolás (akár 2 mm) Gerjesztés Foton λ=400 nm λ=800 nm Fényemisszió Fényemisszió ALAPÁLLAPOT Gerjesztés Foton x2 Szuperfelbontású mikroszkópia Feloldási probléma (Abbé-elv) d A feloldási problémát pozíciómeghatározási problémává alakítjuk d = 0.61λ n sinα Kémiai Nobel-díj, 2014 Pozíciómeghatározási probléma (pontosság a fotonszámtól függ) Sztochasztikus adatgyűjtés egyedi fluorofórokról STORM ( stochastic optical reconstruction microscopy ); PALM ( photoactivated localization microscopy ) Mikrotubulusok Bekapcsolt fluorofórok 1 Bekapcsolt fluorofórok 2 Egyfoton fluoreszcencia Kétfoton fluoreszcencia Agykérgi piramis Zöld: proximális vesetubulusok; Vörös: albumin (plazma) Adatgyűjtési folyamat Bekapcsolt fluorofórok 3 Bekapcsolt fluorofórok 4 Pozíciókból számított kép Mikrotubuláris rendszer