Photophysical properties of nucleic acids that contain A and T bases, and global analysis of steady-state fluorescence spectra in the presence of energy transfer

1994 ◽  
Author(s):  
Solon Georghiou ◽  
Gregory Phillips ◽  
L. S. Taylor-Gerke ◽  
Alexander Philippetis ◽  
T. D. Bradrick
Keyword(s):  
Energy Transfer ◽  
Steady State ◽  
Nucleic Acids ◽  
Fluorescence Spectra ◽  
Global Analysis ◽  
Photophysical Properties ◽  
Steady State Fluorescence

The Influence of Reverse Nonradiative Excitation Energy Transfer on the Fluorescence Spectra of Two-component Fluorescent Solutions

1994 ◽  
Vol 49 (10) ◽  
pp. 931-935 ◽  
Author(s):  
◽  
A. Kawski ◽  
B. Kukliński ◽  
H. Diehl
Keyword(s):  
Energy Transfer ◽  
Steady State ◽  
Excitation Energy ◽  
Rhodamine B ◽  
Fluorescence Anisotropy ◽  
Fluorescence Spectra ◽  
Rhodamine 6G ◽  
Excitation Energy Transfer ◽  
Steady State Fluorescence ◽  
Two Component

Abstract The reverse non-radiative excitation energy transfer (RNEET) in the system of rhodamine 6G (R6G, donor) and rhodamine B (RB, acceptor) is investigated. The presence of RNEET from the energy acceptors to the energy donors is dem onstrated using steady-state fluorescence and fluorescence anisotropy techniques. The spectra are deconvoluted and obtained results are analysed.

scholarly journals Φωτοδυναμική μελέτη ισομερισμού παραγώγων του ναφθαλενίου σε ομογενή και υπερμοριακά συστήματα

2010 ◽  
Author(s):  
Ιωάννα Μπαλωμένου
Keyword(s):  
Energy Transfer ◽  
Steady State ◽  
Fluorescence Spectroscopy ◽  
Visible Spectroscopy ◽  
Time Resolved ◽  
Steady State Fluorescence ◽  
Uv Visible ◽  
Steady State Fluorescence Spectroscopy

Στην παρούσα διατριβή, στόχος ήταν η μελέτη της αντίδρασης ισομερισμού οργανικών μορίων τα οποία εμφανίζουν παρόμοια συμπεριφορά με αντίστοιχα βιομόρια που συμμετέχουν σε σημαντικές διεργασίες στα βιολογικά συστήματα, όπως οι πρωτεΐνες. Τα μόρια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν υποκατεστημένα ναφθαλένια, τα οποία παρουσιάζουν ένα ιδιαίτερο τύπο ισομερισμού μεταξύ ετεροατόμων και όχι αμιγών διπλών δεσμών. Αρχικά μελετήθηκαν τα εμπορικά διαθέσιμα μόρια 2-μεθοξυναφθαλένιο (2-MeONp) και 2,6-διμεθοξυναφθαλένιο (2,6-DiMeONp), ενώ στη συνέχεια συντέθηκε εργαστηριακά το διυποκατεστημένο (κεντροσυμμετρικά) ναφθαλένιο με αλυσίδες μεθοξυ-τριαιθυλενογλυκόλης 2,6-DiΤegNp. Τα μόρια αυτά μπορούν να υπάρχουν σε διακριτά στερεοϊσομερή με cis και trans διαμορφώσεις, οι οποίες διαφέρουν σημαντικά, τόσο στην ενέργεια όσο και στη στερεοδιάταξη της αλκόξυ ομάδας που είναι ενωμένη με το ναφθαλενικό δακτύλιο. Οι πειραματικές μετρήσεις ενισχύθηκαν περαιτέρω με θεωρητικούς υπολογισμούς. Στο πρώτο στάδιο, έγινε εκτενής φασματοσκοπική ανάλυση με Φασματοσκοπία Ορατού – Υπεριώδους (UV - Visible Spectroscopy), Φασματοσκοπία Φθορισμού Στατικής Κατάστασης (Steady State Fluorescence Spectroscopy) και Χρονικά Αναλελυμένη Φασματοσκοπία Εκπομπής (Time - Resolved Emission Spectroscopy:TRES), σε οργανικούς διαλύτες διαφορετικής πολικότητας και ιξώδους, (π.χ 3-μέθυλοπεντάνιο, δεκατετράνιο, 2-μέθυλοτετραϋδροφουράνιο), επιτυγχάνοντας ακριβή διαχωρισμό των φωτοδυναμικών ιδιοτήτων του κάθε ισομερούς. Κατά συνέπεια, προσδιορίστηκαν πειραματικά, αλλά και με θεωρητικούς υπολογισμούς, οι κύριες θερμοδυναμικές και κινητικές παράμετροι της αντίδρασης του ισομερισμού στη βασική και στη διεγερμένη κατάσταση. Αποδείχτηκε λοιπόν, ότι στη βασική κατάσταση, το 2-μεθοξυναφθαλένιο υπάρχει σε δύο διαφορετικές φασματικά διακεκριμένες διαμορφώσεις cis και trans, με την ισορροπία να ευνοεί την cis μορφή. Όμως, σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από 260Κ, στη διεγερμένη κατάσταση, τα δύο ισομερή μπορούν να αλληλομετατρέπονται, ισοενεργειακά, με στρέψη γύρω από το CAryl-O "διπλό" δεσμό περίπου 1800, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός αεναή φωτοδυναμικού κύκλου. Αντίστοιχα, τα δυο διυποκατεστημένα μόρια, 2,6-διμεθοξυναφθαλένιο και 2,6-DiTegNp βρίσκονται σε δύο διαμορφώσεις, cis,cis και cis,trans, στο διάλυμα. Σε Τ>260Κ οι δύο ισομερείς μορφές αλληλομετατρέπονται κατά τη διάρκεια της ζωής τους στην διεγερμένη κατάσταση, με την ισορροπία να ευνοεί την πιο ασταθή cis,trans μορφή. Επίσης, φαίνεται να μην υπάρχει καμία αλλαγή στις κινητικές και θερμοδυναμικές παραμέτρους των δύο διυποκατεστημένων μορίων, ανεξάρτητα από το μέγεθος της υποκατεστημένης αλυσίδας και το είδος του διαλύτη. Η παραπάνω παρατήρηση οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το “sp2” υβριδισμένο άτομο οξυγόνου, το οποίο βρίσκεται συνδεδεμένο με τον ναφθαλενικό δακτύλιο, θα πρέπει να αναστρέφεται αδιαβατικά μεταξύ των δύο επίπεδων διαμορφώσεων (syn, φ≈00 και anti, φ≈1800). Δηλαδή, πραγματοποιείται μια ταυτόχρονη φωτοχημική εναλλαγή των δύο γειτονικών δεσμών, σε αντίθεση με ότι είναι μέχρι τώρα αποδεκτό για παρόμοια συστήματα. Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η φωτοδραστική συμπεριφορά των διαφορετικών διαμορφώσεων του 2,6-DiΤegNp στη στερεά κατάσταση. Η ανάλυση της δομής του κρυστάλλου με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ έδειξε ότι κυριαρχεί η cis,cis μορφή. Ωστόσο η φασματοσκοπική μελέτη αποκάλυψε την ύπαρξη ενός πολύ μικρού ποσοστού του θερμοδυναμικά ασταθέστερου ισομερούς trans,trans, παγιδευμένο στο κρυσταλλικό πλέγμα της cis,cis μορφής. Παρατηρήθηκε λοιπόν ότι οι δύο αυτοί πληθυσμοί, δηλαδή οι cis,cis και trans,trans, δεν μεταβάλλουν τα σχετικά ποσοστά τους θερμικά στη κρυσταλλική κατάσταση. Με άλλα λόγια, οι δύο μορφές δεν εξισορροπούνται θερμικά ωστόσο με τήξη του κρυσταλλικού φιλμ και αργή επαναφορά σε θερμοκρασία δωματίου, η τηγμένη φάση «ξεκλειδώνει» τη φαινομενικά παγωμένη θερμικά ισορροπία cis,cis σε trans,trans. Η διαδικασία αυτή, που λαμβάνει χώρα στη βασική κατάσταση, διέπεται πιθανώς από ένα μηχανισμό που περιλαμβάνει περιστροφή του ναφθαλενικού πυρήνα (rotator) γύρω από τους δύο ψεύδοδιπλούς δεσμούς CAryl-O κατά φ ≈ 1800, ενώ οι στερικά παρεμποδισμένες ολιγομερικές αλυσίδες παραμένουν σταθερές. Αντίθετα, στη διεγερμένη κατάσταση, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία, λόγω του πυκνού πακεταρίσματος είναι αδύνατη η οποια πιθανή στερεοχημική φωτοεπαγόμενη αναδιάταξη του μορίου. Ωστόσο, λόγω της πολύ κοντινής απόστασης των χρωμοφόρων εκδηλώνεται πολύ γρήγορη μετανάστευση ενέργειας διεγέρσεως (energy transfer) δια μέσου των χρωμοφόρων του κρυσταλλικού πλέγματος. Όταν η ενέργεια αυτή καταλήξει στο χαμηλότερης ενέργειας ισομερές trans,trans* (*: διεγερμένη μορφή) τότε η διάδοση σταματά και εκδηλώνεται φθορισμός από την μορφή αυτή. Τέλος, μελετήθηκε η συμπεριφορά του ισομερισμού των παραπάνω μορίων μέσα σε υπερμοριακές νανοδομές, χρησιμοποιώντας ως υποδοχείς τις υδατοδιαλυτές φυσικές κυκλοδεξτρίνες, (α,β,γ), επειδή προσφέρουν καθορισμένο και ρυθμιζόμενο μέγεθος κοιλότητας. Τα αποτελέσματα της μελέτης των συμπλόκων, με τις παραπάνω φασματοσκοπικές τεχνικές σε συνδυασμό με τη φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR), έδειξαν αρχικά ότι τα 2-μεθοξυναφθαλένιο και 2,6-διμεθοξυναφθαλένιο δεν εμφανίζουν ιδαίτερη συμπεριφορά σε μείγματα με β- και γ- κυκλοδεξτρίνες, ωστόσο, η μικρότερη κοιλότητα της α-κυκλοδεξτρίνης είναι ικανή να απομονώσει και να σταθεροποιήσει τις ασταθείς ενεργειακά trans και trans,trans διαμορφώσεις, αντίστοιχα. Όσον αφορά το πιο περίπλοκο δομικά 2,6-DiTegNp, αν και φαίνεται να εμφανίζει μία σύνθετη συμπεριφορά στις α- και γ- κυκλοδεξτρίνες, αντίθετα, ο εγκλωβισμός της cis,cis μορφής του στη κοιλότητα της β- κυκλοδεξτρίνης φαίνεται να ευνοεί ένα μηχανισμό ισομερείωσης μεταξύ των cis,cis και trans,trans μορφών, στη διεγερμένη κατάσταση, παρόμοιο με τη συμπεριφορά που παρατηρήθηκε στη κρυσταλλική φάση για τη βασική κατάσταση.

scholarly journals Mechanism of a Disassembly Driven Sensing System Studied by Stopped-Flow Kinetics

2021 ◽  
Author(s):  
Cara Gallo ◽  
Suma S. Thomas ◽  
Allison Selinger ◽  
Fraser Hof ◽  
Cornelia Bohne
Keyword(s):  
Steady State ◽  
Rate Constants ◽  
Artificial Saliva ◽  
Global Analysis ◽  
Dissociation Rate ◽  
Stopped Flow ◽  
Steady State Fluorescence ◽  
Saliva Analysis ◽  
Binding Isotherms ◽  
Dissociation Rate Constants

<div> Mechanistic studies were carried out on the kinetics for the assembly of a DimerDye (DD12) and the binding of the monomeric DimerDye (DD1) with nicotine in aqueous buffer and artificial saliva. DD12 is non-fluorescent, while monomeric DD1 and DD1-nicotine fluoresce. Binding isotherms were determined from steady-state fluorescence experiments. The report includes measurements of the steady-state fluorescence at pHs 2.2, 6.3 and 12.1, and stopped-flow kinetic data for the homodimerization forming DD12 and DD1-nicotine formation in buffer and artificial saliva. Analysis of the homodimerization kinetics led to the recovery of the association and dissociation rate constants for DD12. These rate constants were used in the global analysis for the coupled kinetics for DD1-nicotine formation, which led to the determination of the association and dissociation rate constants for nicotine binding to DD1.</div>

Energy Transfer in Organic Dendrimer Antenna Funnel and Anti-Funnel Supermolecules

1998 ◽  
Vol 543 ◽  
Author(s):  
Stephen F. Swallen ◽  
Raoul Kopelman ◽  
Jeffrey S. Moore
Keyword(s):  
Molecular Structure ◽  
Energy Transfer ◽  
Steady State ◽  
Intermolecular Interactions ◽  
Molecular Geometry ◽  
Intramolecular Energy Transfer ◽  
Fluorescence Studies ◽  
Energy Trapping ◽  
Exciton Localization ◽  
Steady State Fluorescence

AbstractThe photophysics of exciton localization and energy transfer are examined in two unique classes of phenylacetylene dendrimers. One set of supermolecules is observed to efficiently and rapidly funnel absorbed radiation toward the molecular locus, while a slight change in molecular structure creates an effective “anti-funnel”, greatly reducing the efficiency of energy trapping. Lifetime-based and steady state fluorescence studies are used to determine the rates of intramolecular energy transfer and to glean information on molecular geometry and intermolecular interactions in two solvents.

Fluorescence Energy Transfer between Fluorescein Label and DNA Intercalators to Detect Nucleic Acids Hybridization in Homogeneous Media

2003 ◽  
Vol 57 (2) ◽  
pp. 208-215 ◽  
Author(s):  
Eva M. Talavera ◽  
Ruperto Bermejo ◽  
Luis Crovetto ◽  
Angel Orte ◽  
Jose M. Alvarez-Pez
Keyword(s):  
Energy Transfer ◽  
Steady State ◽  
Nucleic Acid ◽  
Fluorescence Intensity ◽  
Single Strand ◽  
Fluorescence Energy Transfer ◽  
Steady State Fluorescence ◽  
Fluorescein Label ◽  
Homogeneous Media ◽  
Fluorescence Energy

A general approach to detecting nucleic acid sequences in homogeneous media by means of steady-state fluorescence measurements is proposed. The methodology combines the use of a fluorescence-labeled single-strand DNA model probe, the complementary single-strand DNA target, and a DNA intercalator. The probe was fluorescein labeled to a spacer arm at the N4 position of the cytosine amino groups in polyribocytidylic acid (5′), poly(C), which acts as a model DNA probe. The complementary strand was polyriboinosinic acid (5′), poly(I), as a model of the target, and the energy transfer acceptor was an intercalator, either ethidium bromide or ethidium homodimer. In previous papers we have shown that the fluorescence intensity of the fluorescein label decreases when labeled poly(C) hybridizes with poly(I), and this fluorescence quenching can be used to detect DNA hybridization or renaturation in homogeneous media. In this paper we demonstrate that fluorescence resonance energy transfer (FRET) between fluorescein labeled to poly(C) and an intercalator agent takes place when single-stranded poly(C) hybridizes with poly(I), and we show how the fluorescence energy transfer further decreases the steady-state fluorescence intensity of the label, thus increasing the detection limit of the method. The main aim of this work was to develop a truly homogeneous detection system for specific nucleic acid hybridization in solution using steady-state fluorescence and FRET, but with the advantage of only having to label the probe with the energy donor since the energy acceptor is intercalated spontaneously. Moreover, the site label is not critical and can be labeled randomly in the DNA strand. Thus, the method is simpler than those published previously based on FRET. The experiments were carried out in both direct and competitive formats.

scholarly journals Mechanism of a Disassembly Driven Sensing System Studied by Stopped-Flow Kinetics

2021 ◽  
Author(s):  
Cara Gallo ◽  
Suma S. Thomas ◽  
Allison Selinger ◽  
Fraser Hof ◽  
Cornelia Bohne
Keyword(s):  
Steady State ◽  
Rate Constants ◽  
Artificial Saliva ◽  
Global Analysis ◽  
Dissociation Rate ◽  
Stopped Flow ◽  
Steady State Fluorescence ◽  
Saliva Analysis ◽  
Binding Isotherms ◽  
Dissociation Rate Constants

<div> Mechanistic studies were carried out on the kinetics for the assembly of a DimerDye (DD12) and the binding of the monomeric DimerDye (DD1) with nicotine in aqueous buffer and artificial saliva. DD12 is non-fluorescent, while monomeric DD1 and DD1-nicotine fluoresce. Binding isotherms were determined from steady-state fluorescence experiments. The report includes measurements of the steady-state fluorescence at pHs 2.2, 6.3 and 12.1, and stopped-flow kinetic data for the homodimerization forming DD12 and DD1-nicotine formation in buffer and artificial saliva. Analysis of the homodimerization kinetics led to the recovery of the association and dissociation rate constants for DD12. These rate constants were used in the global analysis for the coupled kinetics for DD1-nicotine formation, which led to the determination of the association and dissociation rate constants for nicotine binding to DD1.</div>

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document