Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
«Молекулярные зонтики» защитят флуоресцентный зонд от воды
Ученые из Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН и МФТИ сделали открытие, изменившее базовые представления об оптическом методе анализа — зондовой флуоресценции для определения поверхностной гидрофобности биомолекул. Они предложили совершенно иное толкование причин усиления свечения флуоресцентного индикатора при его связывании с белками и надмолекулярными структурами на их основе.
Результаты работы опубликованы в Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. Флуоресценция — это способность вещества поглощать свет на определенной длине волны и через некоторое время испускать его на большей длине волны. Например, хлорофилл — зеленый пигмент растений, участвующий в фотосинтезе, — при облучении ультрафиолетом начинает светиться красным цветом.
Очень часто интенсивность флуоресценции мала, по сравнению с интенсивностью вызывающего ее света. Для регистрации данного явления используют специальные оптические приборы, с помощью которых ученые получают важную информацию о строении и функционировании биологических систем.
Если вещество не флуоресцирует, а многие биомолекулы именно такие, применяют флуоресцентные зонды. Под флуоресцентным зондом понимают соединение, которое, находясь в определенной среде в свободном состоянии, имеет известные характеристики флуоресценции, но изменяет их в результате присоединения к объекту исследований либо вариации условий среды. По изменению флуоресцентных свойств зондов ученые судят о процессах, протекающих в изучаемой системе.
Следует подчеркнуть, что влияние параметров среды на флуоресценцию зондов изучено зачастую недостаточно. Это мотивировало ученых из ИБХФ РАН и МФТИ: Юрия Цаплева, Марию Семенову и Алексея Трофимова — исследовать свойства 1-анилинонафталин-8-сульфоната (1,8-АНС) в различных средах. Выбор 1,8-АНС обусловлен широким его применением в биохимии, биофизике и молекулярной биологии.
Известно, что флуоресценция 1,8-АНС усиливается при связывании с гидрофобными, то есть не взаимодействующими с водой, участками биомолекул. Поэтому 1,8-АНС традиционно считался гидрофобным индикатором. К немалому удивлению ученых оказалось, что исследование флуоресценции 1,8-АНС в полярных гидрофильных средах ранее не проводилось. Полярными называют молекулы, обладающие электрическим дипольным моментом. Иными словами, атомы, образующие полярные молекулы, имеют разноименный электрический заряд благодаря сдвигу электронной плотности к более электроотрицательному атому.
Авторы описываемого исследования, напротив, стали экспериментировать с такими полярными жидкостями как диметилсульфоксид, глицерин и полиэтиленгликоль с молекулярной массой 380─440 г/моль. Полученные ими данные оказались весьма любопытны. Обнаружено усиление флуоресценции 1,8-АНС во всех трех указанных средах, причем до значений, свойственных комплексам 1,8-АНС с глобулярными белками.
В частности, интенсивность флуоресценции комплекса 1,8-АНС с бычьим сывороточным альбумином (БСА) — белком крови коров — линейно возрастает с увеличением количества 1,8-АНС, но до тех пор, пока соотношение концентраций зонда и биомолекулы меньше единицы. Квантовый выход данной системы, наоборот, снижается с увеличением концентрации 1,8-АНС (Рисунок 1). Надо подчеркнуть, что для другой системы — 1,8-АНС в полиэтиленгликоле — характеристики флуоресценции идентичны. Исключением стала только анизотропия флуоресценции, под которой понимают отличия в интенсивности свечения в зависимости от направления внутри среды.
Рисунок 2. Зависимость интенсивности (кривая 1 и пунктирная линия) и длины волны максимума флуоресценции (кривая 2) 1,8-АНС от мольной доли диметилсульфоксида. Кривая 1 получена опытным путем. Пунктирная линия характеризует модельную смесь с аддитивным влиянием компонентов / © Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy
«Результаты нашей работы перевернули прежние представления о популярном инструменте измерения гидрофобности белков и тонких надмолекулярных конструкций для селективной доставки биоактивных соединений в организм», — сообщил Алексей Трофимов, заместитель директора по науке ИБХФ РАН, доцент департамента молекулярной и биологической физики МФТИ.
Ученые также обнаружили, что квантовый выход флуоресценции 1,8-АНС в воде минимальный, а спектральные линии смещены в красную область.
В смеси диметилсульфоксид — вода интенсивность флуоресценции 1,8-АНС изменяется интересным образом. При малых концентрациях воды ослабление флуоресценции меньше ожидаемого (Рисунок 2). С другой стороны, при малых концентрациях диметилсульфоксида уже не ослабление, а усиление флуоресценции 1,8-АНС значительно отстает от ожидаемого для случая аддитивного влияния компонентов смеси. Аддитивными называют величины, численное значение которых для всей системы может быть получено сложением значений, характеризующих отдельные ее части. Более того, для второго случая интенсивность флуоресценции пропорциональна квадрату мольной доли диметилсульфоксида.
Из вышесказанного очевидно, что вода тушит флуоресценцию 1,8-АНС. Это навело ученых на мысль, что для испускания кванта света возбужденной молекуле 1,8-АНС критически важно иметь рядом две молекулы диметилсульфоксида или, что эквивалентно, не иметь в данном объеме ни одной молекулы воды.
«Обнаруженное тушение флуоресценции 1-анилинонафталин-8-сульфоната молекулами воды побудило нас придать иронический характер графической аннотации к статье, где данное соединение показано под воображаемым зонтиком, — пояснил Алексей Трофимов. — На практике функцию зонтика выполняют усилители флуоресценции: как молекулы уже упомянутого диметилсульфоксида, так и другие, например, молекулы аммониевых соединений».
Ученые ставили опыты с четвертичными аммониевыми соединениями: хлоридом бензалкония, мирамистином, бромидом цетримония. Установлено, что флуоресценция усиливается в их присутствии за счет блокировки доступа молекул воды к критически важной для свечения области около возбужденной молекулы 1,8-АНС.
Можно заключить, что результаты исследований позволят повысить точность и достоверность интерпретации данных, полученных в ходе флуоресцентного анализа с помощью 1,8-АНС. Сделанное учеными открытие внесет существенный вклад в развитие методов оптической спектроскопии и разработку чувствительных флуоресцентных зондов.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Ученые из коллаборации LIGO, VIRGO и KAGRA впервые зафиксировали гравитационно-волновые события, указывающие на существование черных дыр второго поколения — «потомков» предыдущих слияний. Открытие позволит понять, как именно во Вселенной рождаются сверхмассивные черные дыры.
Эксперимент, устроенный в морском аквариуме в Лос-Анджелесе, продемонстрировал, что акулы и скаты, принадлежащие к пластиножаберным рыбам, могут обладать более высоким уровнем интеллекта. Значит, им необходима обогащенная среда обитания при содержании в неволе.
Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Исследователи объяснили, как цивилизация майя добивалась высокой точности в предсказании солнечных затмений на протяжении столетий. Для коррекции накапливающихся астрономических неточностей они использовали сложную систему пересекающихся календарных таблиц.
В последние годы содержание кошек дома без возможности свободного выгула все чаще преподносят как идеальную модель, которая ограждает дикую фауну от нападений и обеспечивает благополучие самих питомцев. Подобные утверждения в разных частях мира звучат от некоторых защитников природы и представителей властей. Однако группа ветеринаров из Австралии и Дании недавно раскритиковала такой подход. Ученые не спорят с тем, что кошки влияют на уязвимые экосистемы и что ограничение их свободы — действенная мера по смягчению этого эффекта. Тем не менее исследователи настаивают, что жизнь в изоляции для питомцев совсем не благо. Заявляющие обратное как минимум ошибаются, а в худшем случае намеренно вводят общественность в заблуждение.
Проанализировав данные наблюдений, полученных с помощью наземных обсерваторий за последние два десятилетия, астрономы обнаружили потенциально обитаемый мир — суперземлю Gliese 251 c (GJ 251 с). Планета обращается вокруг красного карлика на расстоянии около 18 световых лет от Земли и считается одним из самых перспективных кандидатов для поисков жизни.
Согласно новой гипотезе, сознание возникает не только из-за активности нейронов, но и благодаря физическим процессам — электромагнитным полям от движения жидкости в мозге. Эта модель, как и ее предшественники, пока носит теоретический характер, но предлагает нестандартный взгляд на проблему синхронизации работы разных отделов мозга.
В современном доме, насыщенном разнообразной техникой, удлинители стали незаменимым атрибутом, позволяющим обеспечить электропитанием все необходимые устройства. Однако мало кто задумывается, что привычное использование этого аксессуара может нести серьезную угрозу безопасности. По статистике, значительная часть бытовых пожаров происходит из-за неправильной эксплуатации электропроводки и вспомогательных устройств. Какие приборы категорически нельзя подключать через удлинители и почему это может привести к трагическим последствиям, рассказывает профессор кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА, доктор физико-математических наук Алексей Юрасов.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно