stringtranslate.com

Цианин

Цианины, также называемые тетраметилиндо(ди)-карбоцианинами [1], представляют собой семейство синтетических красителей, принадлежащее к группе полиметинов . Хотя название происходит этимологически от терминов для оттенков синего , семейство цианинов охватывает электромагнитный спектр от ближнего ИК до УФ .

Химически цианины представляют собой сопряженную систему между двумя атомами азота ; в каждой резонансной структуре ровно один атом азота окисляется до иминия . Обычно они образуют часть азотистой гетероциклической системы . [2]

Основное применение цианиновых красителей — биологическая маркировка . Тем не менее, существует обширная литература как по их синтезу, так и по их использованию, а цианины широко распространены в некоторых носителях CD и DVD .

Структура

Цианины:
I = Стрептоцианины,
II = Гемицианины,
III = Закрытые цианины

Цианины классифицируются многими способами: [3]

R2N + =CH[CH=CH] n - NR2 ( I )
Арил=N + =CH[CH=CH] n -NR 2 (II)
Арил=N + =CH[CH=CH] n -N=Арил (III)

Кроме того, распознаются следующие классы: [4]

R 2 N + =CH[CH=CH] n -CN и R 2 N + =CH[CH=CH] n -CHO

где два четвертичных азота соединены полиметиновой цепью. [5] Оба азота могут быть независимо частью гетероароматического фрагмента , такого как пиррол , имидазол , тиазол , пиридин , хинолин , индол , бензотиазол и т. д.

История и использование в промышленности

Цианины были впервые синтезированы более века назад. Первоначально они использовались и до сих пор используются для увеличения диапазона чувствительности фотографических эмульсий , т. е. для увеличения диапазона длин волн , которые будут формировать изображение на пленке, делая пленку панхроматической . [4] Цианины также используются в носителях CD-R и DVD-R . Те, которые используются, в основном имеют зеленый или светло-голубой цвет и являются химически нестабильными. По этой причине нестабилизированные цианиновые диски непригодны для использования в архивных CD и DVD. Современные цианиновые диски содержат стабилизаторы, как правило, атом металла, связанный с молекулой цианина, [6], которые значительно замедляют ухудшение. Эти диски часто оцениваются как архивный срок службы 75 лет и более. Другими красителями, используемыми в CD-R, являются фталоцианин и азо .

Использование в биотехнологии

Для применения в биотехнологии специальные цианиновые красители синтезируются из 2, 3, 5 или 7-метиновых структур с реактивными группами на одном или обоих концах азота, так что они могут быть химически связаны либо с нуклеиновыми кислотами , либо с молекулами белка . Маркировка выполняется для визуализации и количественной оценки. Биологические приложения включают сравнительную геномную гибридизацию и генные чипы , которые используются в транскриптомике , и различные исследования в протеомике, такие как локализация РНК, [7] исследования молекулярных взаимодействий с помощью резонансного переноса энергии Фёрстера (FRET) и флуоресцентные иммуноанализы .

Цианиновые красители доступны с различными модификациями, такими как метильные, этильные или бутильные заместители, карбоксильные, ацетилметокси и сульфогруппы, которые изменяют их гидрофильность. [8]

Ex (нм): Длина волны возбуждения в нанометрах
Em (нм): Длина волны излучения в нанометрах
MW: Молекулярный вес
QY: Квантовый выход

* Сильно зависит от вязкости, температуры и биомолекулярных взаимодействий. [11]

Распространенные цианиновые красители и их применение

Поскольку цианины дают более яркую и стабильную флуоресценцию, они могут успешно заменить обычные красители, такие как флуоресцеин и родамины .

Cy3 флуоресцирует зеленовато-желтым цветом (возбуждение ~550 нм , эмиссия ~570 нм), в то время как Cy5 флуоресцирует в дальней красной области (возбуждение ~650 нм, эмиссия 670 нм). [12] Cy3 может быть обнаружен различными флуориметрами, устройствами формирования изображений и микроскопами со стандартными фильтрами для тетраметилродамина (TRITC). Благодаря своему высокому молярному коэффициенту экстинкции этот краситель также легко обнаруживается невооруженным глазом на электрофорезных гелях и в растворе. Cy5 стал популярной заменой дальних красных флуоресцентных красителей из-за своего высокого коэффициента экстинкции (в гель-электрофорезе невооруженным глазом можно обнаружить всего 1 наномоль) и максимума эмиссии флуорофора в красной области, где многие детекторы CCD имеют максимальную чувствительность, а биологические объекты дают низкие фоновые помехи.

Сканеры [ which? ] на самом деле используют различные длины волн лазерного излучения (обычно 532 нм и 635 нм ) и длины волн фильтра (550-600 нм и 655-695 нм ) для избежания фонового загрязнения. Таким образом, они способны легко различать цвета от Cy3 и от Cy5, а также способны количественно определять количество маркировки Cy3 и Cy5 в одном образце (многопараметрическое обнаружение). [ необходима цитата ]

Cy3.5 может заменить сульфородамин 101.

Cy5.5 — флуоресцентный краситель, излучающий в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне (максимум возбуждения/излучения 678/694 нм).

Cy7 — это флуоресцентный краситель ближнего ИК-диапазона, невидимый невооруженным глазом (максимум возбуждения/эмиссии 750/776 нм). Он используется в приложениях визуализации in vivo , как и краситель Cy7.5.

Сульфоцианиновые красители содержат одну или две сульфогруппы, что делает краситель Cy водорастворимым, но доступны три- и квадрисульфированные формы для еще более высокой растворимости в воде. [8] ПЭГилирование — это еще одна модификация, которая придает гидрофильность не только красителю, но и меченому конъюгату.

Номенклатура и структура

Номенклатура Cy3 и Cy5 была впервые предложена Эрнстом и др. [5] в 1989 году и является нестандартной, поскольку не дает никаких намеков на их химическую структуру. В оригинальной статье число обозначало количество метинов ( как показано), а боковые цепи не были указаны. Из-за этой неоднозначности в литературе различные структуры обозначаются как Cy3 и Cy5. Группы R не обязательно должны быть идентичными. В используемых красителях они представляют собой короткие алифатические цепи, одна или обе из которых заканчиваются высокореакционноспособным фрагментом, таким как N-гидроксисукцинимид или малеимид .

Альтернативы

Было разработано много аналогов стандартных красителей Cy 2 / 3 / 3.5 / 5 / 5.5 / 7 / 7.5 с использованием различных модификаций: красители Alexa Fluor , Dylight , красители FluoProbes , красители Sulfo Cy, [13] красители Seta, [14] красители IRIS от Cyanine Technologies [15] и другие могут использоваться взаимозаменяемо с красителями Cy в большинстве биохимических приложений с заявленными улучшениями в растворимости, флуоресценции или фотостабильности. [16] [17]

Хотя патентная защита стандартной серии красителей Cy истекла, торговая марка Cy осталась в силе. Соответственно, теперь продаются красители, идентичные красителям Cy, но имеющие другие названия.

Приложения

Цианобактерия , окрашенная в зеленый цвет цианиновым красителем

Цианиновые красители используются для маркировки белков, антител, пептидов, зондов нуклеиновых кислот и любых других биомолекул, которые будут использоваться в различных методах обнаружения флуоресценции: проточной цитометрии , микроскопии (в основном в видимом диапазоне, но также в УФ и ИК ), микропланшетных анализах, микрочипах , а также «световых зондах» и визуализации in vivo. [18]

Маркировка нуклеиновых кислот

В экспериментах с микроматрицами ДНК или РНК метят Cy3 или Cy5, которые синтезируются для переноса реакционной группы N-гидроксисукцинимидилового эфира ( NHS -эстер). Поскольку NHS-эстеры легко реагируют только с алифатическими аминогруппами , которых нет в нуклеиновых кислотах, нуклеотиды должны быть модифицированы аминоаллильными группами. Это делается путем включения аминоаллильных модифицированных нуклеотидов во время реакций синтеза. Хорошим соотношением является метка на каждые 60 оснований, так что метки не находятся слишком близко друг к другу, что может привести к эффектам гашения .

Маркировка белков

Для маркировки белков красители Cy3 и Cy5 иногда содержат сукцинимидную группу для реакции с аминами или малеимидную группу для реакции с сульфгидрильной группой остатков цистеина .

Cy5 чувствителен к своему электронному окружению. Изменения в конформации белка, к которому он присоединен, приведут либо к усилению, либо к тушению эмиссии. Скорость этого изменения можно измерить, чтобы определить кинетические параметры фермента. Красители можно использовать для аналогичных целей в экспериментах FRET.

Cy3 и Cy5 используются в экспериментах по протеомике , чтобы образцы из двух источников можно было смешивать и запускать вместе в процессе разделения. [19] [20] Это устраняет вариации из-за различных экспериментальных условий, которые неизбежны, если образцы запускались отдельно. Эти вариации делают крайне сложным, если не невозможным, использование компьютеров для автоматизации получения данных после завершения разделения. Использование этих красителей делает автоматизацию тривиальной.

Этимология

Слово цианин происходит от английского слова «cyan», которое традиционно означает оттенок сине-зеленого (близко к «aqua») и происходит от греческого κυάνεος / κυανοῦς kyaneos/kyanous , что означает несколько иной цвет: «темно-синий».

Ссылки

  1. ^ Квач, Максим В.; Устинов Алексей Владимирович; Степанова Ирина А.; Малахов Андрей Дмитриевич; Скоробогатый Михаил Владимирович; Шманай Вадим Владимирович; Коршун, Владимир А. (2008). «Удобный синтез цианиновых красителей: реагенты для мечения биомолекул». Европейский журнал органической химии . 2008 (12): 2107–2117. дои : 10.1002/ejoc.200701190. ISSN  1099-0690.
  2. ^ "Цианиновые красители". Сборник химических терминов ИЮПАК . 2014. doi :10.1351/goldbook.C01487.
  3. ^ Ким, Ынха; Пак, Сын Бом (2010). «Открытие новых синтетических красителей: целевой синтез или комбинаторный подход?». В Демченко, Александр П. (ред.). Advanced Fluorescence Reporters in Chemistry and Biology I: Fundamentals and Molecular Design Volume 8 of Springer Series on Fluorescence . Berlin: Springer. стр. 172. ISBN 9783642047022.
  4. ^ ab Berneth, Horst (2008). "Метиновые красители и пигменты". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a16_487.pub2. ISBN 978-3527306732.
  5. ^ ab Ernst LA, Gupta RK, Mujumdar RB, Waggoner AS (январь 1989). "Реагенты для мечения сульфгидрильных групп цианиновыми красителями". Цитометрия . 10 (1): 3–10. doi : 10.1002/cyto.990100103 . PMID  2917472.
  6. ^ "Архивный срок службы TDK CD-R". cdrom2go.com . Цифровые медиа США . Получено 3 апреля 2022 г. .
  7. ^ Blower MD, Feric E, Weis K, Heald R (декабрь 2007 г.). «Анализ генома демонстрирует консервативную локализацию матричных РНК в митотических микротрубочках». Журнал клеточной биологии . 179 (7): 1365–73. doi :10.1083/jcb.200705163. PMC 2373496. PMID  18166649 . 
  8. ^ ab CY-красители
  9. ^ ab Mujumdar B, Ernst A, Mujumdar SR, Lewis CJ, Waggoner AS (март 1993 г.). «Реагенты для маркировки цианиновыми красителями: сульфоиндоцианиновые сукцинимидиловые эфиры». Bioconjugate Chemistry . 4 (2): 105–111. doi :10.1021/bc00020a001. PMID  7873641.
  10. ^ Umezawa K, Matsui A, Nakamura Y, Citterio D, Suzuki K (2009). «Яркие, цветоперестраиваемые флуоресцентные красители в области Vis/NIR: создание новых «индивидуальных» многоцветных флуорофоров на основе бордипиррометена». Химия: Европейский журнал . 15 (5): 1096–106. doi :10.1002/chem.200801906. PMID  19117043.
  11. ^ Левитус, Марсия; Ранджит, Суман (2011). «Цианиновые красители в биофизических исследованиях: фотофизика полиметиновых флуоресцентных красителей в биомолекулярных средах». Quarterly Reviews of Biophysics . 44 (1): 123–151. doi :10.1017/S0033583510000247. ISSN  1469-8994. PMID  21108866. S2CID  7345293.
  12. ^ Jackson ImmunoResearch. "Цианиновые красители (Cy2, Cy3 и Cy5)" . Получено 31 октября 2008 г.
  13. ^ "Cyandye, LLC". Архивировано из оригинала 2018-10-03 . Получено 2013-11-01 .
  14. ^ SETA Биомедикалс
  15. ^ "Iris Dyes | Cyanine Technologies". Архивировано из оригинала 2015-01-26 . Получено 2015-01-26 .
  16. ^ Сравнение FluoProbes488 с FITC, Cyanine2
  17. ^ Сравнение FluoProbes547H в конфокальной микроскопии
  18. ^ Армитидж, Брюс А. (27 января 2005 г.). «Взаимодействие цианинового красителя с ДНК: интеркаляция, связывание с бороздками и агрегация». DNA Binders and Related Subjects . Vol. 253. pp. 55–76. doi :10.1007/b100442. ISBN 978-3-540-22835-6. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  19. ^ Unlü M, Morgan ME, Minden JS (октябрь 1997 г.). «Различие электрофореза в геле: метод с использованием одного геля для обнаружения изменений в экстрактах белков». Электрофорез . 18 (11): 2071–7. doi :10.1002/elps.1150181133. PMID  9420172. S2CID  604007.
  20. ^ Остерман И.А., Устинов А.В., Евдокимов Д.В., Коршун В.А., Сергиев П.В., Серебрякова М.В., Демина И.А., Галямина М.А., Говорун В.М., Донцова О.А. (январь 2013 г.). «Зарождающееся исследование протеома, сочетающее химию кликов с 2DE» (PDF) . Протеомика . 13 (1): 17–21. дои : 10.1002/pmic.201200393. PMID  23161590. S2CID  9002232. Архивировано из оригинала (PDF) 30 июня 2015 г. Проверено 27 июня 2015 г.

Внешние ссылки

Найдите информацию о цианине в Викисловаре, бесплатном словаре.