ragyogómolekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és ...ragyogómolekulák: dióhéjban a...

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Kele Péteregyetemi adjunktus

Alkímia Ma, 2009. január 8.

Lumineszcencia jelenségek

• Biolumineszcencia (biológiai folyamat, pl. luciferin-luciferáz)

• Kemilumineszcencia (kémiai reakció, pl. luminol-H2O2)

• Fotolumineszcencia (fénnyel való gerjesztés)

– Fluoreszcencia

– Foszforeszcencia


Fotolumineszcens folyamatok

Jablonszki-diagram


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 –host-guest- kölcsönhatás)


Fluoreszcens festékek, indikátorok

• Jelzővegyületek bevitele

– Géntechnológia (GFPk-nél)

– Kémiai módosítás (megfelelő, reaktív funkciós csoportok -COOH, -SH, -NH2)

– Bioortogonalitás (biológiailag semleges, egymással szelektíven, kvantitatíve reagálófunkciós csoportok alkalmazása, pl. N3, acetilén, foszfin)


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


N

O

OFluorofór

Fluorofór

O

O

N

O

O

Biomolekula-NH2Biomolekula NH

O Fluorofór

Enzim-SH Enzim S

N

O

O Fluorofór

FluorofórN Biomolekula-NH2C S NH

SNH

Fluorofór

FluorofórN N N

Biomolekula

Biomolekula

N NN Fluorofór

Cu(I)

Biomolekula


Jelzővegyületek III. félvezetőnanorészecskék (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)


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


Molekuláris szenzorok I. Cd2+


Molekuláris szenzorok II. Hg2+


Molekuláris szenzorok III. Ag+


Membránfúzió dimer-monomer


• Két fluorofór (Donor, akceptor)• A donort gerjesztve az akceptor világít

• A donor emissziós spektruma átfed az akceptor gerjesztésispektrumával

Energiatranszfer (FRET) rendszerek

F1* + F2 F1 + F2

*

F1* + Q F1 + Q


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

Energiatranszfer (FRET) rendszerek


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


Hasznos linkek

• www.invitrogen.com

• Probes.invitrogen.com/handbook

• Fluorophore.org

• Kelep.web.elte.hu


http://www.invitrogen.com

ragyogómolekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és ...ragyogómolekulák: dióhéjban a...

Documents