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Journal of fluorescence2007Jul01Vol.17issue(4)

トリプトファン蛍光の解釈における新しい洞察:蛍光寿命の起源とタンパク質の新しい蛍光パラメーターの特性評価:放射と励起比

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文献タイプ:
  • Journal Article
概要
Abstract

トリプトファン蛍光の起源は、完全に解決されていないクイズです。タンパク質内のトリプトファンの蛍光発光特性は、一般に、その環境内のフルオロフォア相互作用の結果として考えられています。たとえば、低蛍光量子収量は、重要なフルオロフォアと環境の相互作用の結果であると考えられています。しかし、フルオロフォアは軽い吸収に興奮していると確信していますか?フルオロフォア環境に固有の内部立体構造の結果として、フルオロフォアの励起が発生しなかった場合はどうなりますか?吸収プロセスにはすべての吸収エネルギーが使用されていると確信していますか?TRP残基の蛍光寿命は、ペプチド結合内のインドール環の回転に起因する回転剤または配座異性体に由来すると考えられています。しかし、ほとんどのタンパク質で、配座異性体に起因する2つの寿命0.5および3 nsが溶液中の無料のトリプトファンについても観察されるという事実をどのように説明できますか?現在の研究は、溶液中の遊離トリプトファンとチロシン、および異なるタンパク質で行われ、吸収と励起スペクトルが重複しているが、異なる励起波長での強度が必ずしも等しくないことを示しています。また、異なる励起波長で記録された蛍光発光強度は、光学密度ではなく、これらの励起波長の強度に依存することがわかりました。したがって、励起は吸収に等しくありません。データの解釈では、吸収された光子は励起にのみ使用する必要はないと考えています。それらの一部は、新しい状態(励起構造)のフルオロフォア分子を再編成するために使用され、励起プロセスには別の部分が使用されます。フルオロフォアを励起するために使用される光子の実際の数にわたる放射光子の数の比を特徴付ける新しいパラメーターを定義できます。このパラメーターであるEmission to Excitation比と呼びます。我々の結果は溶液中にフルオロフォアを自由にし、タンパク質内に存在することで観察されたため、構造の再編成はタンパク質骨格に依存しません。したがって、トリプトファン分子で観察される蛍光寿命(0.5および3 ns)は、励起状態で得られた新しい構造に起因します。私たちの理論により、タンパク質蛍光の起源と芳香族アミノ酸の蛍光の理解に新しい方法を開くことができます。

トリプトファン蛍光の起源は、完全に解決されていないクイズです。タンパク質内のトリプトファンの蛍光発光特性は、一般に、その環境内のフルオロフォア相互作用の結果として考えられています。たとえば、低蛍光量子収量は、重要なフルオロフォアと環境の相互作用の結果であると考えられています。しかし、フルオロフォアは軽い吸収に興奮していると確信していますか?フルオロフォア環境に固有の内部立体構造の結果として、フルオロフォアの励起が発生しなかった場合はどうなりますか?吸収プロセスにはすべての吸収エネルギーが使用されていると確信していますか?TRP残基の蛍光寿命は、ペプチド結合内のインドール環の回転に起因する回転剤または配座異性体に由来すると考えられています。しかし、ほとんどのタンパク質で、配座異性体に起因する2つの寿命0.5および3 nsが溶液中の無料のトリプトファンについても観察されるという事実をどのように説明できますか?現在の研究は、溶液中の遊離トリプトファンとチロシン、および異なるタンパク質で行われ、吸収と励起スペクトルが重複しているが、異なる励起波長での強度が必ずしも等しくないことを示しています。また、異なる励起波長で記録された蛍光発光強度は、光学密度ではなく、これらの励起波長の強度に依存することがわかりました。したがって、励起は吸収に等しくありません。データの解釈では、吸収された光子は励起にのみ使用する必要はないと考えています。それらの一部は、新しい状態(励起構造)のフルオロフォア分子を再編成するために使用され、励起プロセスには別の部分が使用されます。フルオロフォアを励起するために使用される光子の実際の数にわたる放射光子の数の比を特徴付ける新しいパラメーターを定義できます。このパラメーターであるEmission to Excitation比と呼びます。我々の結果は溶液中にフルオロフォアを自由にし、タンパク質内に存在することで観察されたため、構造の再編成はタンパク質骨格に依存しません。したがって、トリプトファン分子で観察される蛍光寿命(0.5および3 ns)は、励起状態で得られた新しい構造に起因します。私たちの理論により、タンパク質蛍光の起源と芳香族アミノ酸の蛍光の理解に新しい方法を開くことができます。

Origin of tryptophan fluorescence is still up to these days a quiz which is not completely solved. Fluorescence emission properties of tryptophan within proteins are in general considered as the result of fluorophore interaction within its environment. For example, a low fluorescence quantum yield is supposed to be the consequence of an important fluorophore-environment interaction. However, are we sure that the fluorophore has been excited upon light absorption? What if fluorophore excitation did not occur as the result of internal conformation specific to the fluorophore environment? Are we sure that all absorbed energy is used for the excitation process? Fluorescence lifetimes of Trp residues are considered to originate from rotamers or conformers resulting from the rotation of the indole ring within the peptide bonds. However, how can we explain the fact that in most of the proteins, the two lifetimes 0.5 and 3 ns, attributed to the conformers, are also observed for free tryptophan in solution? The present work, performed on free tryptophan and tyrosine in solution and on different proteins, shows that absorption and excitation spectra overlap but their intensities at the different excitation wavelengths are not necessarily equal. Also, we found that fluorescence emission intensities recorded at different excitation wavelengths depend on the intensities at these excitation wavelengths and not on the optical densities. Thus, excitation is not equal to absorption. In our interpretation of the data, we consider that absorbed photons are not necessary used only for the excitation, part of them are used to reorganize fluorophore molecules in a new state (excited structure) and another part is used for the excitation process. A new parameter that characterizes the ratio of the number of emitted photons over the real number of photons used to excite the fluorophore can be defined. We call this parameter, the emission to excitation ratio. Since our results were observed for fluorophores free in solution and present within proteins, structural reorganization does not depend on the protein backbone. Thus, fluorescence lifetimes (0.5 and 3 ns) observed for tryptophan molecules result from the new structures obtained in the excited state. Our theory allows opening a new way in the understanding of the origin of protein fluorescence and fluorescence of aromatic amino acids.

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