Фёрстеровский перенос энергии
Фёрстеровский перенос энергии иначе диполь-дипольный перенос энергии; флуоресцентный резонансный перенос энергии; индуктивно-резонансный перенос энергии (англ. Förster resonance energy transfer, сокр., FRET; RET) — механизм переноса энергии между двумя хромофорами (от донора к акцептору), который происходит без промежуточного испускания фотонов и является результатом диполь-дипольного взаимодействия между донором и акцептором.
Описание[править | править код]
Данное явление носит имя немецкого физика Теодора Фёрстера. Он в своей статье 1948 года проанализировал имеющиеся к тому моменту экспериментальные данные, связанные с явлением деполяризации флуоресценции, и предположил существование переноса энергии электронного возбуждения между молекулами. К оказавшим влияние на развитие теории и применения FRET, причисляют таких людей как Теодор Фёрстер, Грегорио Вебер[1], Исак Стейнберг[2], Люберг Стриер[3], Людвиг Бренд[4][5].
Безызлучательный перенос энергии происходит от донора, находящегося в возбуждённом состоянии, на акцептор через диполь-дипольное взаимодействие. Характерной чертой данного процесса является тушение флуоресценции донора и возникновение более длинноволновой флуоресценции акцептора. Скорость этого процесса зависит от расстояния между объектами (убывает как r−6), что позволяет измерять дистанцию как между двумя молекулами, так и между метками в одной макромолекуле. Эффективное расстояние, на котором скорость перехода составляет 50 % от максимума, называют фёрстеровским радиусом. Для большинства систем его величина составляет 20—50 Å.
Скорость переноса также зависит от степени перекрывания спектров испускания донора и поглощения акцептора, от взаимной ориентации диполей донора и акцептора и от времени жизни возбуждённого состояния донора в отсутствие акцептора.
Эффективность переноса энергии (или отношение числа событий переноса энергии к числу событий возбуждения донора) напрямую связана со скоростью переноса и имеет такую же зависимость от расстояния между объектами (убывает как r−6).
Явление переноса энергии позволяет изучать строение макромолекул, оценивать межмолекулярные взаимодействия и скорости биохимических реакций. Оно активно используется в биохимии, молекулярной биологии, биотехнологии и медицине.
Примечания[править | править код]
- ↑ Weber, G. Fluorescence-polarization spectrum and electronic-energy transfer in proteins (англ.) // The Biochemical Journal. — 1960. — Vol. 75. — P. 345–352.
- ↑ Steinberg, I. Z. Long-range nonradiative transfer of electronic excitation energy in proteins and polypeptides (англ.) // Annual Review of Biochemistry. — 1971. — Vol. 40. — P. 83–114.
- ↑ Stryer, L. Fluorescence energy transfer as a spectroscopic ruler (англ.) // Annual Review of Biochemistry. — 1978. — Vol. 47. — P. 819–846.
- ↑ Wu, P., Brand, L. Resonance energy transfer: methods and applications (англ.) // Analytical Biochemistry. — 1994. — Vol. 218. — P. 1–13.
- ↑ Medintz I., Hildebrandt N., 2013, p. 3—8.
Литература[править | править код]
- Ермолаев В. Л., Свешникова Е. Б., Шахвердов Т. А. Перенос энергии между органическими молекулами и ионами переходных металлов // Усп. хим.. — 1975. — Т. 44, вып. 1. — С. 48–74. — doi:10.1070/RC1975v044n01ABEH002142.
- Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. — 1986. — С. 306—340. — 496 с.
- Igor Medintz and Niko Hildebrandt. FRET – Förster Resonance Energy Transfer. From Theory to Applications. — 2013. — 815 с. — ISBN 978-3-527-32816-1.
- Lakowicz J. R. Principles of fluorescence spectroscopy. — Springer, 2006. — 954 p.
- Ермолаев В. Л., Свешникова Е. Б., Бодунов Е. Н. Индуктивно-резонансный механизм безызлучательных переходов в ионах и молекулах в конденсированной фазе // УФН. 1996. Т. 166, № 3. С. 281—305.
- Агранович В. М., Галанин М. Д. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. — М.: Наука, 1978. — 383 с.
- Rakshit S., Vasudevan S. Resonance Energy Transfer from Cyclodextrin-Capped ZnO:MgO Nanocrystals to Included Nile Red Guest Molecules in Aqueous Media // ACS Nano. 2008. V. 2, № 7. P. 1473—1479.