Эта статья может содержать непроверенную или неразборчивую информацию во встроенных списках . ( Февраль 2016 ) |
Флуорофор (или флуорохром , аналогично хромофору ) — это флуоресцентное химическое соединение , которое может повторно излучать свет при возбуждении светом. Флуорофоры обычно содержат несколько комбинированных ароматических групп или плоских или циклических молекул с несколькими π-связями . [1]
Флуорофоры иногда используются отдельно, как трассер в жидкостях, как краситель для окрашивания определенных структур, как субстрат ферментов или как зонд или индикатор (когда на его флуоресценцию влияют такие аспекты окружающей среды, как полярность или ионы). В более общем смысле они ковалентно связаны с макромолекулами , выступая в качестве маркеров (или красителей, или меток, или репортеров) для аффинных или биоактивных реагентов ( антител , пептидов, нуклеиновых кислот). Флуорофоры в частности используются для окрашивания тканей, клеток или материалов в различных аналитических методах, таких как флуоресцентная визуализация и спектроскопия .
Флуоресцеин , через его амино -реактивное изотиоцианатное производное флуоресцеинизотиоцианат (FITC), был одним из самых популярных флуорофоров. От маркировки антител, приложения распространились на нуклеиновые кислоты благодаря карбоксифлуоресцеину . Другие исторически распространенные флуорофоры - производные родамина (TRITC), кумарина и цианина . [2] Более новые поколения флуорофоров, многие из которых являются запатентованными, часто работают лучше, будучи более фотостабильными, более яркими или менее чувствительными к pH , чем традиционные красители с сопоставимым возбуждением и испусканием. [3] [4]
Флуорофор поглощает световую энергию определенной длины волны и переизлучает свет на более длинной длине волны. Поглощенные 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 испускания (например, поглощение/испускание = 485 нм/517 нм) являются типичными терминами, используемыми для обозначения данного флуорофора, но может быть важен для рассмотрения весь спектр. Спектр длин волн возбуждения может быть очень узкой или более широкой полосой, или он может полностью выходить за пределы уровня отсечки. Спектр испускания обычно более резкий, чем спектр возбуждения, и он имеет большую длину волны и, соответственно, более низкую энергию. Энергии возбуждения варьируются от ультрафиолетового до видимого спектра , а энергии испускания могут продолжаться от видимого света до ближней инфракрасной области.
Основными характеристиками флуорофоров являются:
Эти характеристики обуславливают 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. для поляризационного паттерна флуоресценции) и другие факторы, которые могут изменить поведение флуорофоров.
Флуорофоры также можно использовать для гашения флуоресценции других флуоресцентных красителей или для передачи их флуоресценции на еще более длинные волны .
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 сопряженных молекул), но существуют также гораздо более крупные природные флуорофоры, которые являются белками : зеленый флуоресцентный белок (GFP) имеет массу 27 кДа , а несколько фикобилипротеинов (PE, APC...) имеют массу ≈240 кДа. По состоянию на 2020 год наименьшим известным флуорофором был объявлен 3-гидроксиизоникотинальдегид , соединение из 14 атомов и 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 затруднять перемещение меченой молекулы и влиять на полярность флуоресценции.
Молекулы флуорофора могут использоваться как самостоятельно, так и служить флуоресцентным мотивом функциональной системы. На основе молекулярной сложности и синтетических методов молекулы флуорофора можно в целом разделить на четыре категории: белки и пептиды, небольшие органические соединения, синтетические олигомеры и полимеры и многокомпонентные системы. [10] [11]
Флуоресцентные белки GFP, YFP и RFP (зеленый, желтый и красный соответственно) могут быть присоединены к другим специфическим белкам с образованием белка слияния , синтезируемого в клетках после трансфекции подходящего плазмидного носителя.
Небелковые органические флуорофоры принадлежат к следующим основным химическим семействам:
Эти флуорофоры флуоресцируют из-за делокализованных электронов , которые могут перепрыгивать через полосу и стабилизировать поглощенную энергию. Например, бензол , один из простейших ароматических углеводородов, возбуждается при 254 нм и излучает при 300 нм. [12] Это отличает флуорофоры от квантовых точек, которые являются флуоресцентными полупроводниковыми наночастицами .
Они могут быть присоединены к белкам к определенным функциональным группам, таким как аминогруппы ( активный эфир , карбоксилат , изотиоцианат , гидразин ), карбоксильные группы ( карбодиимид ), тиол ( малеимид , ацетилбромид ) и органический азид (с помощью клик-химии или неспецифически ( глутаральдегид )).
Кроме того, могут присутствовать различные функциональные группы, которые изменяют их свойства, такие как растворимость, или придают особые свойства, такие как бороновая кислота , которая связывается с сахарами, или несколько карбоксильных групп, чтобы связываться 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 красители используются внутри клеток, которые непроницаемы для заряженных молекул; в результате этого карбоксильные группы преобразуются 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.
Краситель | Экс (нм) | Эм (нм) | МВт | Примечания |
---|---|---|---|---|
Гидроксикумарин | 325 | 386 | 331 | Сукцинимидиловый эфир |
Аминокумарин | 350 | 445 | 330 | Сукцинимидиловый эфир |
Метоксикумарин | 360 | 410 | 317 | Сукцинимидиловый эфир |
Каскадный синий | (375);401 | 423 | 596 | Гидразид |
Тихоокеанский синий | 403 | 455 | 406 | Малеимид |
Тихоокеанский оранжевый | 403 | 551 | ||
3-гидроксиизоникотинальдегид | 385 | 525 | 123 | QY 0,15; pH-чувствительный |
Люцифер желтый | 425 | 528 | ||
НБД | 466 | 539 | 294 | НБД-X |
R-фикоэритрин (ПЭ) | 480;565 | 578 | 240 тыс. | |
Конъюгаты PE-Cy5 | 480;565;650 | 670 | он же Cychrome, R670, Tri-Color, Quantum Red | |
Конъюгаты PE-Cy7 | 480;565;743 | 767 | ||
Красный 613 | 480;565 | 613 | PE-Техас Красный | |
ПерКП | 490 | 675 | 35кДа | Перидинин хлорофилловый белок |
ТруРед | 490,675 | 695 | Конъюгат PerCP-Cy5.5 | |
FluorX | 494 | 520 | 587 | (GE Healthcare) |
Флуоресцеин | 495 | 519 | 389 | FITC; pH-чувствительный |
BODIPY-FL | 503 | 512 | ||
G-краситель100 | 498 | 524 | подходит для маркировки белков и электрофореза | |
G-краситель200 | 554 | 575 | подходит для маркировки белков и электрофореза | |
G-краситель300 | 648 | 663 | подходит для маркировки белков и электрофореза | |
G-краситель400 | 736 | 760 | подходит для маркировки белков и электрофореза | |
Cy2 | 489 | 506 | 714 | QY 0,12 |
Cy3 | (512);550 | 570;(615) | 767 | QY 0,15 |
Cy3B | 558 | 572;(620) | 658 | КГ 0,67 |
Cy3.5 | 581 | 594;(640) | 1102 | QY 0,15 |
Cy5 | (625);650 | 670 | 792 | КГ 0,28 |
Cy5.5 | 675 | 694 | 1272 | QY 0,23 |
Cy7 | 743 | 767 | 818 | КГ 0,28 |
ТРИТЦ | 547 | 572 | 444 | ТРИТЦ |
X-Родамин | 570 | 576 | 548 | XRITC |
Лиссамин Родамин B | 570 | 590 | ||
Техасский красный | 589 | 615 | 625 | Сульфонилхлорид |
Аллофикоцианин (APC) | 650 | 660 | 104 тыс. | |
Конъюгаты APC-Cy7 | 650;755 | 767 | Далеко-красный |
Сокращения:
Краситель | Экс (нм) | Эм (нм) | МВт | Примечания |
---|---|---|---|---|
Хехст 33342 | 343 | 483 | 616 | АТ-селективный |
ДАПИ | 345 | 455 | АТ-селективный | |
Хехст 33258 | 345 | 478 | 624 | АТ-селективный |
СИТОКС синий | 431 | 480 | ~400 | ДНК |
Хромомицин А3 | 445 | 575 | CG-селективный | |
Митрамицин | 445 | 575 | ||
ЙО-ЙО-1 | 491 | 509 | 1271 | |
Бромистый этидий | 210;285 | 605 | 394 | в водном растворе |
GelRed | 290;520 | 595 | 1239 | Нетоксичный заменитель бромистого этидия |
Акридиновый оранжевый | 503 | 530/640 | ДНК/РНК | |
СИТОКС зеленый | 504 | 523 | ~600 | ДНК |
ТОТО-1, ТО-ПРО-1 | 509 | 533 | Витальное окрашивание, TOTO: цианиновый димер | |
TO-PRO: Цианиновый мономер | ||||
Тиазол оранжевый | 510 | 530 | ||
CyTRAK оранжевый | 520 | 615 | - | (Биостатус) (красное возбуждение темное) |
Пропидий йодид (ПИ) | 536 | 617 | 668.4 | |
СПД 751 | 543;590 | 712;607 | 472 | ДНК (543ex/712em), РНК (590ex/607em) |
7-ААД | 546 | 647 | 7-аминоактиномицин D, CG-селективный | |
СИТОКС оранжевый | 547 | 570 | ~500 | ДНК |
ТОТО-3, ТО-ПРО-3 | 642 | 661 | ||
DRAQ5 | 600/647 | 697 | 413 | (Биостатус) (возбуждение может быть использовано до 488) |
DRAQ7 | 599/644 | 694 | ~700 | (Биостатус) (возбуждение может быть использовано до 488) |
Краситель | Экс (нм) | Эм (нм) | МВт | Примечания |
---|---|---|---|---|
Индо-1 | 361/330 | 490/405 | 1010 | Эфир AM, с низким/высоким содержанием кальция (Ca 2+ ) |
Флуо-3 | 506 | 526 | 855 | Эфир AM. pH > 6 |
Флюо-4 | 491/494 | 516 | 1097 | Эфир АМ. pH 7,2 |
DCFH | 505 | 535 | 529 | 2'7'Дихродигидрофлуоресцеин, окисленная форма |
ДХР | 505 | 534 | 346 | Дигидрородамин 123, окисленная форма, свет катализирует окисление |
СНАРФ | 548/579 | 587/635 | рН 6/9 |
Краситель | Экс (нм) | Эм (нм) | МВт | QY | БР | ПС | Примечания |
---|---|---|---|---|---|---|---|
GFP (мутация Y66H) | 360 | 442 | |||||
GFP (мутация Y66F) | 360 | 508 | |||||
ЭБФП | 380 | 440 | 0,18 | 0,27 | мономер | ||
EBFP2 | 383 | 448 | 20 | мономер | |||
Лазурит | 383 | 447 | 15 | мономер | |||
GFPuv | 385 | 508 | |||||
Т-Сапфир | 399 | 511 | 0,60 | 26 | 25 | слабый димер | |
Лазурный | 433 | 475 | 0,62 | 27 | 36 | слабый димер | |
мКФП | 433 | 475 | 0,40 | 13 | 64 | мономер | |
mБирюзовый2 | 434 | 474 | 0,93 | 28 | мономер | ||
ECFP | 434 | 477 | 0,15 | 3 | |||
CyPet | 435 | 477 | 0,51 | 18 | 59 | слабый димер | |
GFP (мутация Y66W) | 436 | 485 | |||||
mKeima-Red | 440 | 620 | 0,24 | 3 | мономер (МБЛ) | ||
ТегCFP | 458 | 480 | 29 | димер (Евроген) | |||
AmCyan1 | 458 | 489 | 0,75 | 29 | тетрамер, (Clontech) | ||
mTFP1 | 462 | 492 | 54 | димер | |||
GFP (мутация S65A) | 471 | 504 | |||||
Мидорииши Циан | 472 | 495 | 0.9 | 25 | димер (МБЛ) | ||
Дикий тип GFP | 396,475 | 508 | 26 тыс. | 0,77 | |||
GFP (мутация S65C) | 479 | 507 | |||||
ТурбоGFP | 482 | 502 | 26 тыс. | 0,53 | 37 | димер, (Евроген) | |
ТегGFP | 482 | 505 | 34 | мономер (Евроген) | |||
GFP (мутация S65L) | 484 | 510 | |||||
Изумруд | 487 | 509 | 0,68 | 39 | 0,69 | слабый димер, (Invitrogen) | |
GFP (мутация S65T) | 488 | 511 | |||||
EGFP | 488 | 507 | 26 тыс. | 0,60 | 34 | 174 | слабый димер, (Clontech) |
Азами Грин | 492 | 505 | 0,74 | 41 | мономер (МБЛ) | ||
ZsGreen1 | 493 | 505 | 105 тыс. | 0,91 | 40 | тетрамер, (Clontech) | |
ТегYFP | 508 | 524 | 47 | мономер (Евроген) | |||
EYFP | 514 | 527 | 26 тыс. | 0,61 | 51 | 60 | слабый димер, (Clontech) |
Топаз | 514 | 527 | 57 | мономер | |||
Венера | 515 | 528 | 0,57 | 53 | 15 | слабый димер | |
mЦитрин | 516 | 529 | 0,76 | 59 | 49 | мономер | |
YPet | 517 | 530 | 0,77 | 80 | 49 | слабый димер | |
ТурбоYFP | 525 | 538 | 26 тыс. | 0,53 | 55.7 | димер, (Евроген) | |
ZsЖелтый1 | 529 | 539 | 0,65 | 13 | тетрамер, (Clontech) | ||
Кусабира Апельсин | 548 | 559 | 0,60 | 31 | мономер (МБЛ) | ||
mОранжевый | 548 | 562 | 0,69 | 49 | 9 | мономер | |
Аллофикоцианин (APC) | 652 | 657,5 | 105 кДа | 0,68 | гетеродимер, сшитый [13] | ||
мКО | 548 | 559 | 0,60 | 31 | 122 | мономер | |
ТурбоРФП | 553 | 574 | 26 тыс. | 0,67 | 62 | димер, (Евроген) | |
tdТомат | 554 | 581 | 0,69 | 95 | 98 | тандемный димер | |
TagRFP | 555 | 584 | 50 | мономер (Евроген) | |||
Мономер DsRed | 556 | 586 | ~28 тыс. | 0.1 | 3.5 | 16 | мономер, (Clontech) |
DsRed2 («ЗП») | 563 | 582 | ~110 тыс. | 0,55 | 24 | (Клонтек) | |
mКлубника | 574 | 596 | 0,29 | 26 | 15 | мономер | |
ТурбоFP602 | 574 | 602 | 26 тыс. | 0,35 | 26 | димер, (Евроген) | |
AsRed2 | 576 | 592 | ~110 тыс. | 0,21 | 13 | тетрамер, (Clontech) | |
mRFP1 | 584 | 607 | ~30 тыс. | 0,25 | мономер, ( лаборатория Tsien ) | ||
J-красный | 584 | 610 | 0.20 | 8.8 | 13 | димер | |
R-фикоэритрин (RPE) | 565 >498 | 573 | 250 кДа | 0,84 | гетеротример [13] | ||
B-фикоэритрин (BPE) | 545 | 572 | 240 кДа | 0,98 | гетеротример [13] | ||
mCherry | 587 | 610 | 0,22 | 16 | 96 | мономер | |
HcRed1 | 588 | 618 | ~52 тыс. | 0,03 | 0,6 | димер, (Clontech) | |
Катюша | 588 | 635 | 23 | димер | |||
П3 | 614 | 662 | ~10 000 кДа | комплекс фикобилисом [13] | |||
Перидин хлорофилл (PerCP) | 483 | 676 | 35 кДа | тример [13] | |||
mKate (ТегFP635) | 588 | 635 | 15 | мономер (Евроген) | |||
ТурбоFP635 | 588 | 635 | 26 тыс. | 0,34 | 22 | димер, (Евроген) | |
mPlum | 590 | 649 | 51,4 тыс. | 0.10 | 4.1 | 53 | |
мМалина | 598 | 625 | 0,15 | 13 | мономер, более быстрый фотоотбеливатель, чем mPlum | ||
mСкарлет | 569 | 594 | 0,70 | 71 | 277 | мономер [14] |
StayGold и mStayGold — это усовершенствованные флуоресцентные белки, которые внесли значительный вклад в область визуализации живых клеток. StayGold, известный своей высокой фотостабильностью и яркостью, изначально был разработан как димерный флуоресцентный белок, который, несмотря на свою эффективность, создавал проблемы, связанные с точностью агрегации и маркировки. [15] Для устранения этих ограничений mStayGold был разработан как мономерный вариант, что повысило его полезность в точной маркировке белков. mStayGold демонстрирует превосходную фотостабильность, сохраняя флуоресценцию в условиях высокой освещенности и демонстрирует повышенную яркость по сравнению с его предыдущим вариантом StayGold. Кроме того, он созревает быстрее, что позволяет быстрее получать изображения после трансфекции. Эти достижения делают mStayGold универсальным инструментом для различных приложений, включая отслеживание отдельных молекул и визуализацию с высоким разрешением динамических клеточных процессов, тем самым расширяя возможности флуоресцентного белка в биологических исследованиях. [16]
Сокращения:
Флуорофоры имеют особое значение в области биохимии и изучения белков , например, в иммунофлуоресценции , анализе клеток, [17] иммуногистохимии , [3] [18] и сенсорах малых молекул . [19] [20]
Флуоресцентные красители нашли широкое применение в промышленности под названием «неоновые цвета», например: