Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Hasonló dokumentumok
Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

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

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

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

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

Abszorpció, emlékeztetõ

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Bevezetés a fluoreszcenciába

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Lumineszcencia spektroszkópia

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

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

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

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

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Reakciókinetika és katalízis

Abszorpciós fotometria

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Síkban polarizált fény Síkban polarizált fény

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

Optikai spektroszkópiai módszerek

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Abszorpciós fotometria

Lumineszcencia alapjelenségek

Abszorpciós fotometria

Lumineszcencia Fényforrások

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

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Abszorpciós fotometria

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

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

Az elektromágneses hullámok

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

Abszorpciós spektroszkópia

2.3. Az abszorpciós spektrum és mérése

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

Modern mikroszkópiai módszerek

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

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

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

ORVOSI BIOFIZIKA. Damjanovich Sándor Mátyus László QT Szerkesztette

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

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

Fluoreszcencia spektroszkópia

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

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

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

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

Stokes-féle eltolódási törvény

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

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

Vezetők elektrosztatikus térben

Módszer az ASEA-ban található reaktív molekulák ellenőrzésére

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

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

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

Optikai spektroszkópiai módszerek

Fluoreszcencia spektroszkópia

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

OPTIKA. Vozáry Eszter November

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


A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

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

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

Gyors-kinetikai módszerek

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

Az elektromágneses spektrum

Optika Gröller BMF Kandó MTI

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

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

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

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

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

Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások Definíciók

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

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

Tropomiozin és nehéz meromiozin hatása a formin által nukleált aktin filamentumok flexibilitására

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

Diffúzió 2003 március 28

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

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Kémiai reakciók sebessége

Polarizáció fogalma. A polarizált fény. A fluoreszcencia alapvető paraméterei. Elektromágneses hullámok. Polarizált fény, polarizáció

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

Kémiai Intézet Kémiai Laboratórium. F o t o n o k k e r e s z tt ü z é b e n a D N S

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

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

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

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

CD-spektroszkópia. Az ORD spektroskópia alapja

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

Abszorpciós fotometria

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

Átírás:

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Gerjesztés A gerjesztett állapotú elektron lecsengési lehetőségei Fluoreszcencia 10-9 s k f Foszforeszcencia 10-3 s k ph 10-15 s Fizika-Biofizika 2. Huber Tamás PTE ÁOK Biofizikai Intézet 2015. 02. 23. Alap állapot Relaxáció Kioltás vagy Energia transzfer Gerjesztett állapot k q k t k ic Internal conversion (HŐ) Fluoreszcencia kioltás 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. Élettartam: az az időtartam, ami alatt az intenzitás az részére csökken le. 1 Q f k f k f k nr e-ad 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! k f k nr 1. Statikus kioltás 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) Kinint kioltjuk klorid ionnal. Nem fog fluoreszkálni a minta. Kinin fluoreszcenciája kék fény emissziója Gerjesztés 1

2. Dinamikus kioltás A kioltó és a fluorofór molekulák diffúziós folyamatok révén egymás közelébe kerülnek, ütközési komplexet hoznak létre, majd a gerjesztett fluorofór átadja az energiáját a kioltónak. - Diffúzió által befolyásolt - Fluoreszcencia élettartamot csökkenti Max Volmer (1885-1965) Otto Stern (1888-1969) Fizikai Nobel díj (1943) F 0 /F= 0 / + : + Fluorofór Kioltó h*υ Gerjesztés Ütközési komplex (a gerjesztés után jön létre) Fluorofór Kioltó Az egyenes meredeksége megadja a Stern-Volmer állandót (K SV ). Ha a fluorofór élettartamát vizsgáljuk a kioltó koncentrációjának a függvényében, akkor lineáris összefüggést kapunk: 0 τ 0 kioltó távollétében az élettartam τ kioltó jelenlétében mért élettartam 1 k 0 q 1 KSV q k + (vagy k q )- állandó, mely jellemzi a fluorofór és a kioltó transzportját valamint a hozzáférhetőséget. K sv egyenes meredeksége, Stern-Volmer állandó F 0 : fluoreszcencia intenzitás a kioltó hiányában F : fluoreszcencia intenzitás a kioltó jelenlétében K sv : Stern-Volmer állandó [Q] : kioltó koncentrációja F 0 1 K [ Q sv ] F A fluorofór hozzáférhetőségéről ad információt! Dinamikus kioltás K sv =k q * τ 0 A kioltó számára nem egyformán hozzáférhető fluorofórok esetén! α: a kioltó által hozzáférhető fluorofórok aránya k q : bimolekuláris sebességi állandó, ami a fluorofór és a kioltó diffúziós képességével, illetve a fluorofór hozzáférhetőségével áll összefüggésben 2

Kioltók típusai 1. Semleges kioltók: akrilamid, nitroxidok sztérikus viszonyok feltérképezése 2. Töltéssel rendelkező kioltók: jodid, cézium, kobalt töltés viszonyok meghatározása Dinamikus kioltás Statikus kioltás Triptofán fluoreszcenciájának kioltása akrilamiddal Fehérjék konformációs állapotának és töltés viszonyainak feltérképezése Membránok permeabilitása Diffúziós állandók meghatározása Polarizált fény Izotróp rendszer: Irányultság szempontjából homogén rendszer. Anizotróp rendszer: olyan rendszer, melyben vannak kitüntetett irányok. A polarizálatlan fényben a polarizációs síkok keverednek. A polarizált fényben a polarizációs síkok összhangban vannak (azonosak). Fluoreszcencia anizotrópia: Polarizált fény segítségével az izotróp fluorofór populációt anizotróppá alakítjuk át. Nem polarizált fény Polarizátor Polarizált fény Polarizált fény: Elektromos térerősség vektor egy jól definiált síkban rezeg. 3

Polarizált fény abszorpciója Fotoszelekció Abszorpciós vektor: meghatározza a polarizált fény abszorpciójának valószínűségét. 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 (υ) forgás-kúpon belül helyezkednek el. Gerjesztési oldali polarizátor Emissziós oldali polarizátor Polarizátorok alkalmazására van szükség! p I I VV VV GI GI VH VH G= G - faktor dimenzió nélküli nem függ a fluorofór koncentrációjától a fluorofór rotációs diffúziós mozgása befolyásolja nem additív!!! értéke 0-tól 1-ig változhat A vertikális és horizontális síkban mért intenzitások segítségével lehet meghatározni az anizotrópiát! r I I VV VV GI 2GI VH VH dimenzió nélküli nem függ a fluorofór koncentrációjától a fluorofór rotációs diffúziós mozgása befolyásolja additív!!! értéke 0-tól 1-ig változhat Perrin egyenlet (Francis Perrin - 1926) Az anizotrópia mértéke függ a rotációs diffúziótól és az élettartamtól, amely alatt az emissziós vektor elfordul. Anizotrópia A fluoreszcencia anizotrópia a tér három irányába emittáló fluorofórt jellemzi, vagyis az emissziós polarizáció mértéke, mellyel a molekulák rotációját lehet kimutatni. Ha kialakul egy komplex, akkor annak lassabb lesz a mozgása, növekszik az anizotrópia értéke. Rotációs korrelációs idő a molekulák rotációs diffúziós képességéről ad információt! Normál értéke: -0,2 és 0,4 között van. Ha ettől eltérőt mérünk az valami műtermék, hiba (pl.: fényszórásból). 4

Alexa Fluor 488-aktin steady-state anizotrópia értékei 2015.04.07. 0,22 0,20 0,18 0,16 Molekulák rotációs diffúziójának meghatározása Molekulák közti interakciók detektálása Konformációs változások észlelése Membránok fluiditásának meghatározása 0,14 0,12 0 5 10 15 20 25 30 [DAAM] M) DAD+C DAD Förster típusú 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! 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. k t = konst. * J(λ) n -4 k f R -6 κ 2 A FRET molekuláris mechanizmusa Donor Akceptor τ DA : élettartam az akceptor jelenlétében τ D : élettartam az akceptor hiányában F DA : fluoreszcencia intenzitás az akceptor jelenlétében F D : fluoreszcencia intenzitás az akceptor hiányában Donor emissziója csökken! kex k nf k f k t k f Akceptor emissziója nő! 5

E R 6 0 R 6 0 R 6 Förster féle kritikus távolság (R 0 ): Az a donor-akceptor távolság, aminél a transzfer hatásfok 0,5. Heterotranszfer: különböző fluorofórok között jön létre Homotranszfer: azonos fluorofórok között jön létre, melyeket kis Stokes-eltolódás jellemez FRET alkalmazások Molekulák közötti kölcsönhatások tanulmányozása Makromolekulák asszociációs vizsgálata (pl. DNS) Távolság mérés (molekuláris mérőszalag) Fehérjék konformációs vizsgálata Homotranszfer Heterotranszfer Gyakorlati alkalmazások Gyakorlati alkalmazások Fluoreszcencia Kioltás Milyen a nukleotid kötő zsebben található fluorofór hozzáférhetősége? Nukleotidkötő-zseb Nukleotidkötő-zseb ε-atp ε-atp Cofilin Profilin 6

Intensity (cps) F 0 / F Intensity (cps) 2015.04.07. Gyakorlati alkalmazások FRET 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 Ksv profilin = 1.02 M -1 Ksv 1 = 0.28 M -1 Ksv cofilin = 0.09 M -1 = 20% (bound -ATP) Ksv 2 = 53.6 M -1 (free -ATP) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Acrylamide (M) Fehérjék konformációs változása Profilin jelenlétében a fluorofór hozzáférhetősége nagyobb! Cofilin jelenlétében a fluorofór hozzáférhetősége kisebb! Gyakorlati alkalmazások FRET 1. Donor élettartam Fehérjék interakciója 100000 10000 Intensity IRF Fit 1000 100 10 1 0 20 40 60 80 100 Time Domain Time (ns) 10000 1000 100 Intensity IRF Fit τ D =2,959 ns τ DA =1,191 ns E = 1 (τ DA / τ D ) 10 E=59,8% 1 0 20 40 60 80 100 Time Domain Time (ns) 7

2. 10740400 4738510 E = 1 (F DA / F D ) F DA =4738510 Köszönöm a figyelmet! F D =10740400 E=55,88% 8