stringtranslate.com

флюорофор

Человеческая клетка , меченная флуорофором .

Флуорофор (или флуорохром , аналогично хромофору ) — флуоресцентное химическое соединение , способное переизлучать свет при световом возбуждении . Флуорофоры обычно содержат несколько объединенных ароматических групп или плоские или циклические молекулы с несколькими π-связями . [1]

Флуорофоры иногда используются отдельно, в качестве индикатора в жидкостях, в качестве красителя для окрашивания определенных структур, в качестве субстрата ферментов или в качестве зонда или индикатора (когда на его флуоресценцию влияют такие факторы окружающей среды, как полярность или ионы). В более общем смысле они ковалентно связаны с макромолекулой , служа маркером (или красителем, или меткой, или репортером) для аффинных или биоактивных реагентов ( антител , пептидов, нуклеиновых кислот). Флуорофоры, в частности, используются для окрашивания тканей, клеток или материалов в различных аналитических методах, например, флуоресцентной визуализации и спектроскопии .

Флуоресцеин , через его аминореактивное производное изотиоцианата флуоресцеинизотиоцианат (FITC), был одним из самых популярных флуорофоров. Начиная с маркировки антител, приложения распространились и на нуклеиновые кислоты благодаря карбоксифлуоресцеину (FAM), TET, ...). Другими исторически распространенными флуорофорами являются производные родамина (TRITC), кумарина и цианина . [2] Новые поколения флуорофоров, многие из которых являются запатентованными, часто работают лучше, будучи более фотостабильными, более яркими и/или менее чувствительными к pH , чем традиционные красители с сопоставимым возбуждением и излучением. [3] [4]

флуоресценция

Флуорофор поглощает световую энергию определенной длины волны и повторно излучает свет с большей длиной волны. Поглощаемые длины волн , эффективность передачи энергии и время до испускания зависят как от структуры флуорофора, так и от его химического окружения, поскольку молекула в возбужденном состоянии взаимодействует с окружающими молекулами. Длины волн максимального поглощения (≈ возбуждения) и излучения (например, поглощение/испускание = 485 нм/517 нм) являются типичными терминами, используемыми для обозначения данного флуорофора, но может быть важно учитывать весь спектр. Спектр длин волн возбуждения может быть очень узким или более широким диапазоном, или же он может полностью выходить за пределы порогового уровня. Спектр излучения обычно острее, чем спектр возбуждения, имеет большую длину волны и, соответственно, меньшую энергию. Энергии возбуждения варьируются от ультрафиолета до видимого спектра , а энергии излучения могут продолжаться от видимого света до ближней инфракрасной области.

Основными характеристиками флуорофоров являются:

Эти характеристики определяют другие свойства, включая фотообесцвечивание или фоторезистентность (потерю флуоресценции при непрерывном световом возбуждении). Следует учитывать и другие параметры, такие как полярность молекулы флуорофора, размер и форма флуорофора (т.е. характер поляризационной флуоресценции ) и другие факторы, которые могут изменить поведение флуорофоров.

Флуорофоры также можно использовать для гашения флуоресценции других флуоресцентных красителей (см. статью Тушение (флуоресценция) ) или для передачи их флуоресценции на еще более длинных волнах (см. статью Фёрстера о резонансной передаче энергии (FRET)).

Узнайте больше о принципе флуоресценции .

Размер (молекулярная масса)

Большинство флуорофоров представляют собой органические небольшие молекулы из 20–100 атомов (200–1000 Дальтон – молекулярная масса может быть выше в зависимости от привитых модификаций и конъюгированных молекул), но существуют и гораздо более крупные природные флуорофоры, которые представляют собой белки : зеленый флуоресцентный белок (GFP). ) составляет 27 кДа , а некоторые фикобилипротеины (PE, APC...) имеют массу ≈240 кДа. В 2020 году было заявлено, что самым маленьким из известных флуорофоров является 3-гидроксиизоникотинальдегид , соединение из 14 атомов и массой всего 123 Да. [8]

Флуоресцентные частицы, такие как квантовые точки : диаметром 2–10 нм, 100–100 000 атомов, также считаются флуорофорами. [9]

Размер флуорофора может стерически препятствовать меченой молекуле и влиять на полярность флуоресценции.

Семьи

Флуоресценция различных веществ в УФ-свете. Зеленый — флуоресцеин, красный — родамин Б, желтый — родамин 6G, синий — хинин, фиолетовый — смесь хинина и родамина 6g. Растворы имеют концентрацию около 0,001% в воде.

Молекулы флуорофора могут использоваться либо отдельно, либо служить флуоресцентным мотивом функциональной системы. В зависимости от молекулярной сложности и методов синтеза молекулы флуорофоров обычно можно разделить на четыре категории: белки и пептиды, небольшие органические соединения, синтетические олигомеры и полимеры и многокомпонентные системы. [10] [11]

Флуоресцентные белки GFP (зеленый), YFP (желтый) и RFP (красный) могут присоединяться к другим специфическим белкам с образованием слитого белка , синтезируемого в клетках после трансфекции подходящего плазмидного носителя.

Небелковые органические флуорофоры принадлежат к следующим основным химическим семействам:

Эти флуорофоры флуоресцируют за счет делокализованных электронов, которые могут перепрыгивать зону и стабилизировать поглощенную энергию. Например, бензол , один из простейших ароматических углеводородов, возбуждается при длине волны 254 нм и излучает при длине волны 300 нм. [12] Это отличает флуорофоры от квантовых точек, которые представляют собой флуоресцентные полупроводниковые наночастицы .

Они могут быть присоединены к белку к определенным функциональным группам, таким как аминогруппы ( активный эфир , карбоксилат , изотиоцианат , гидразин ), карбоксильные группы ( карбодиимид ), тиоловые ( малеимид , ацетилбромид ), органические азиды (с помощью клик-химии или не- химические соединения). в частности ( глутаральдегид )).

Кроме того, могут присутствовать различные функциональные группы, изменяющие его свойства, такие как растворимость, или придающие особые свойства, например, бороновая кислота , которая связывается с сахарами, или несколько карбоксильных групп , связывающихся с определенными катионами. Когда краситель содержит электронодонорную и электроноакцепторную группы на противоположных концах ароматической системы, этот краситель, вероятно, будет чувствителен к полярности окружающей среды ( сольватохромный ), поэтому его называют чувствительным к окружающей среде. Часто внутри клеток применяют красители, непроницаемые для заряженных молекул, в результате чего карбоксильные группы превращаются в сложный эфир, который удаляется эстеразами внутри клеток, например фура-2АМ и флуоресцеин-диацетат.

Следующие семейства красителей являются группами товарных знаков и не обязательно имеют структурное сходство.

Ядра эндотелиальных клеток бычьей легочной артерии окрашены в синий цвет с помощью DAPI , митохондрии окрашены в красный цвет с помощью MitoTracker Red CMXRos и F-актин окрашен в зеленый цвет с помощью фаллоидина Alexa Fluor 488 и визуализированы с помощью флуоресцентного микроскопа.

Примеры часто встречающихся флуорофоров

Реактивные и сопряженные красители

Сокращения:

Красители нуклеиновых кислот

Красители клеточных функций

Флуоресцентные белки

Сокращения:

Приложения

Флуорофоры имеют особое значение в области биохимии и исследований белков , например, в иммунофлуоресценции , а также в клеточном анализе, [15] например , иммуногистохимии [3] [16] и сенсорах малых молекул . [17] [18]

Использование вне наук о жизни

Флуоресцентный морской краситель

Кроме того, флуоресцентные красители находят широкое применение в промышленности под названием «неоновые цвета», например:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хуан Карлос Стокерт, Альфонсо Бласкес-Кастро (2017). «Глава 3 Красители и флюорохромы». Флуоресцентная микроскопия в науках о жизни . Издательство Bentham Science. стр. 61–95. ISBN 978-1-68108-519-7. Проверено 24 декабря 2017 г.
  2. ^ Ритдорф Дж (2005). Микроскопические методы. Достижения в области биохимической инженерии / биотехнологии. Берлин: Шпрингер. стр. 246–9. ISBN 3-540-23698-8. Проверено 13 декабря 2008 г.
  3. ^ аб Цянь Р.Ю.; Вагонер А (1995). «Флуорофоры для конфокальной микроскопии». В Поли Дж.Б. (ред.). Справочник по биологической конфокальной микроскопии . Нью-Йорк: Пленум Пресс. стр. 267–74. ISBN 0-306-44826-2. Проверено 13 декабря 2008 г.
  4. ^ Лакович, младший (2006). Принципы флуоресцентной спектроскопии (3-е изд.). Спрингер. п. 954. ИСБН 978-0-387-31278-1.
  5. ^ Понс Т., Мединц И.Л., Фаррелл Д., Ван X, Граймс А.Ф., Инглиш Д.С., Берти Л., Маттусси Х (2011). «Исследования колокализации одиночных молекул проливают свет на идею полностью излучающих и темных одиночных квантовых точек». Маленький . 7 (14): 2101–2108. дои : 10.1002/smll.201100802. ПМИД  21710484.
  6. ^ Конер А.Л., Крндиджа Д., Хоу К., Шерратт Д.Д., Ховарт М. (2013). «Наночастицы сопряженного полимера с гидроксильными концевыми группами имеют яркую фракцию, близкую к единице, и обнаруживают зависимость от холестерина нанодоменов IGF1R». АСУ Нано . 7 (2): 1137–1144. дои : 10.1021/nn3042122 . ПМЦ 3584654 . ПМИД  23330847. 
  7. ^ Гарсия-Парахо М.Ф., Сегерс-Нолтен ГМ, Веерман Дж.А., Греве Дж., ван Хюльст Н.Ф. (2000). «Световая динамика флуоресцентного излучения в одиночных молекулах зеленого флуоресцентного белка в реальном времени». ПНАС . 97 (13): 7237–7242. Бибкод : 2000PNAS...97.7237G. дои : 10.1073/pnas.97.13.7237 . ПМК 16529 . ПМИД  10860989. 
  8. ^ Козенс, Том (16 декабря 2020 г.). «Флуоресцентная молекула бьет рекорд размера среди красителей, излучающих зеленый цвет». chemistryworld.com . Проверено 03 декабря 2021 г.
  9. ^ Ли Z, Чжао X, Хуан С, Гун X (2019). «Последние достижения в производстве экологически чистых люминесцентных солнечных концентраторов с использованием нетоксичных квантовых точек в качестве флуорофоров». Дж. Матер. хим. С. _ 7 (40): 12373–12387. дои : 10.1039/C9TC03520F. S2CID  203003761.
  10. ^ Лю, Дж.; Лю, К.; Он, В. (2013), «Флуорофоры и их применение в качестве молекулярных зондов в живых клетках», Curr. Орг. хим. , 17 (6): 564–579, дои : 10.2174/1385272811317060003
  11. ^ Хуан Карлос Стокерт, Альфонсо Бласкес-Кастро (2017). «Глава 4. Флуоресцентные этикетки». Флуоресцентная микроскопия в науках о жизни . Издательство Bentham Science. стр. 96–134. ISBN 978-1-68108-519-7. Проверено 24 декабря 2017 г.
  12. ^ Omlc.ogi.edu
  13. ^ abcde Колумбия Биологические науки
  14. ^ Биндельс, Дафна С.; Хаарбош, Линдси; ван Вирен, Лаура; Постма, Мартен; Визе, Катрин Э.; Мастоп, Марике; Омонье, Сильвен; Готард, Гийом; Руайан, Антуан; Хинк, Марк А.; Гаделла, Теодор WJ (январь 2017 г.). «mScarlet: яркий мономерный красный флуоресцентный белок для клеточной визуализации». Природные методы . 14 (1): 53–56. дои : 10.1038/nmeth.4074. ISSN  1548-7105. PMID  27869816. S2CID  3539874.
  15. ^ Сырбу, Дмитрий; Лули, Саймир; Лесли, Джек; Окли, Фиона; Беннистон, Эндрю К. (2019). «Улучшенная оптическая визуализация in vivo воспалительной реакции на острое повреждение печени у мышей C57BL/6 с использованием очень яркого красителя BODIPY, работающего в ближнем инфракрасном диапазоне». ХимМедХим . 14 (10): 995–999. doi : 10.1002/cmdc.201900181. ISSN  1860-7187. PMID  30920173. S2CID  85544665.
  16. ^ Таки, Масаясу (2013). «Глава 5. Визуализация и зондирование кадмия в клетках». В Астрид Сигел; Хельмут Сигель; Роланд К.О. Сигел (ред.). Кадмий: от токсикологии к эссенциальности . Ионы металлов в науках о жизни. Том. 11. Спрингер. стр. 99–115. дои : 10.1007/978-94-007-5179-8_5. ПМИД  23430772.
  17. ^ Сырбу, Дмитрий; Батчер, Джон Б.; Уодделл, Пол Г.; Андрас, Питер; Беннистон, Эндрю К. (18 сентября 2017 г.). «Локально возбужденные красители с переносом заряда в состоянии, связанные с состоянием, как оптически чувствительные зонды, запускающие нейроны» (PDF) . Химия - Европейский журнал . 23 (58): 14639–14649. doi : 10.1002/chem.201703366. ISSN  0947-6539. ПМИД  28833695.
  18. ^ Цзян, Сицянь; Ван, Линфэй; Кэрролл, Шайна Л.; Чен, Цзяньвэй; Ван, Мэн К.; Ван, Цзинь (20 августа 2018 г.). «Проблемы и возможности низкомолекулярных флуоресцентных зондов в приложениях окислительно-восстановительной биологии». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 29 (6): 518–540. дои : 10.1089/ars.2017.7491. ISSN  1523-0864. ПМК 6056262 . ПМИД  29320869. 

Внешние ссылки