פלואורופור
פלואורופור (או פלואורוכרום, בדומה לכרומופור, באנגלית: fluorophore) הוא תרכובת כימית פלואורסצנטית שכאשר מעוררים אותה באמצעות אור באורך גל מסוים, פולטת אור באורך גל שונה, ארוך יותר. פלואורופורים מכילים בדרך כלל כמה קבוצות ארומטיות או מולקולות עם כמה קשרי π.[1]
לפלואורופור מספר יישומים:
- עקיבה אחר זרימת נוזלים
- כצבען בתהליך הכתמת מבנים ביולוגיים במיקרוסקופיה.
- מצע לאנזימים
- כאינדיקטור- כאשר הפלואורסצנציה שלו מושפעת מתופעות סביבתיות כגון קיטוב או יונים.
בדרך כלל, הפלואורופור נקשר קוולנטית למקרומולקולה, ומשמש כסמן ביולוגי עבור מגיבים (נוגדנים, פפטידים, חומצות גרעין). שימושו העיקרי של הפלואורופור, הכתמת רקמות, תאים, או חומרים נעשה במגוון שיטות אנליטיות כגון דימות פלואורסצנטי וספקטרוסקופיה.[2][3][4]
הסבר פיזיקלי
ערך מורחב – פלואורסצנציה
הפלואורופור בולע אנרגיית אור באורך גל מסוים ופולט אור באורך גל ארוך יותר. אורכי הגל הנבלעים, נצילות העברת האנרגיה והזמן לפני הפליטה תלויים הן במבנה הפלואורופור והן בסביבה הכימית שלו, כאשר המולקולה במצב המעורר מקיימת אינטראקציה עם המולקולות הסובבות.
המונחים האופייניים המשמשים להתייחסות לפלואורופור נתון הם אורכי גל לבליעה מקסימלית ופליטה מקסימלית אך יש חשיבות גם לספקטרום כולו. ספקטרום אורך הגל עשוי להיות פס צר מאד או רחב מאוד, או מעבר לאורך הגל המתאים לתדר הקיטעון.
בדרך כלל, ספקטרום הפליטה חד יותר מספקטרום הבליעה/עירור, בעל טווח אורכי גל גדולים יותר ואנרגיות נמוכות יותר בהתאמה. טווח אנרגיות העירור נע בין אולטרה סגול לבין האור הנראה, ואילו טווח אנרגיות הפליטה נע בין האור הנראה לבין האינפרא אדום.
המאפיינים העיקריים של פלואורופורים הם:
- אורך גל לבליעה ולפליטה מקסימליות - מתאים ל"פיק" בספקטרומי הבליעה והפליטה.
- מקדם הנחתה (או בליעה מולרית, ביחידות של 1 חלקי סנטימטר כפול 1 חלקי מול) - היחס בין כמות האור הנבלעת, באורך גל נתון, לבין ריכוז הפלואורופור בתמיסה.
- נצילות קוונטית: הנצילות של האנרגיה המועברת מהאור הפוגע לקרינה הנפלטת (היחס בין מספר הפוטונים הנפלטים למספר הפוטונים שנבלעו).
- זמן חיים (בפיקושניות): משך זמן המצאות הפלואורופור במצב מעורר עד חזרה למצב היסוד. זמן זה נמדד כזמן הדעיכה של אוכלוסיית האלקטרונים במצב המעורר לכדי () מהאוכלוסייה המקורית.
- היסט סטוקס: ההפרש (בננומטר) בין אורכי הגל של הבליעה והפליטה המקסימליות.
מאפיינים נוספים הם ליבון אופטי או התנגדות אופטית, קיטוב פלואורסצנטי, אנאיזוטרופיות (המושפעת מגודל וצורת המולקולה).
פלואורופור יכול לשמש גם כמדכא קרינה פלואורסצנטית (אנ') של צבענים פלואורסצנטיים אחרים או להעביר את הפלואורסצנציה לאורך גל גדול יותר על ידי FRET.
גודל (משקל מולקולרי)
רוב הפלואורופורים מורכבים ממולקולות אורגניות קטנות שמכילות 20-100 אטומים (200-1000 דלטון - המשקל המולקולרי עשוי להיות גבוה יותר בהתאם לשינויים בתרכובות, ומולקולות מצומדות). לעומת זאת, הפלואורופורים הטבעיים, החלבונים, הרבה יותר גדולים כגון ה-GFP שמשקלו המולקורי הוא 27 אלף דלטון.
הגודל יכול לגרום לאפקט סטרי ולהשפיע על הקיטוב הפלואורסצנטי.
סיווג
.gif)
ניתן לסווג את הפלואורופורים ל-2 קבוצות עיקריות:
- פלואורופורים פנימיים (Intrinsic Fluorophores) - פלואורסצנציה מתרחשת באופן טבעי.
- פלואורופורים חיצוניים (Extrinsic Fluorophores) - צבענים סינתטיים או ביוכימיקליים מהונדסים שמוסיפים לדגימה על מנת לייצר פלואורסצנציה עם מאפיינים ספקטרליים ספציפיים.
פלואורופורים פנימיים
חומצות אמינו ארומטיות - כגון: פנילאלנין, טירוזין, טריפטופן
פלואורופורים חיצוניים
משמשים באחת מ-2 צורות:
- זיהוי פלואורסצנטי (Fluorescent Probes) - אינטראקציה לא-קוולנטית.
- תיוג פלואורסצנטי (Fluorescent Labels) - אינטראקציה קוולנטית
- חלבונים פלואורסצנטיים - כגון:
- צבענים אורגניים - משתייכים למספר משפחות כימיות:
- נגזרות קסנתין (אנ'): פלואורוסצאין (אנ'), רודמין (אנ'), אוריגון ירוק, אאוזין וטקסס אדום (אנ')
- נגזרות ציאנין (אנ'): ציאנין (אנ'), אוקסקרבוציאנין, תיאקרבוציאנין, אינדוציאנין ירוק (ICG) (אנ') ומרוציאנין (אנ')
- נגזרות נפטלין
- נגזרות קומרין
- נגזרות אוקסדיאזול (אנ'): ניתרובנזואקסדיאזול (אנ'), בנזואקסדיאזול (אנ') ופירידילוקסאזול
- נגזרות אנטרסין (אנ')
- נגזרות פירן (אנ')
- נגזרות אוקסזין: נילוס אדום (אנ'), נילוס כחול (אנ') וקרסיל סגול (אנ')
- נגזרות אקרידין (אנ'): פרופלבין (אנ'), אקרידין צהוב (אנ'), אקרידין כתום (אנ')
- נגזרות אאורמין (אנ'): סגול גבישי, מלכיט ירוק (אנ')
- נגזרות טטרפירול (אנ'): פורפין (אנ'), פאת'לוציאנין (אנ') ובילירובין
- קומפלקסי ליגנד-מתכתיים - כגון: רותניום דו פירידיני עם חומצה דיקרבוקסילית דו פירידינית ((Ru(bpy)2(dcbpy) (אנ'), טונגסטן עם פחמן חד-חמצני
- ננו-חלקיקים לומינסצנטיים (נקודות קוונטיות) - מחומרים כגון: קדמיום-סלניד (CdSe), קדמיום-טלור (CdTe), אבץ גופרתי (ZnS) וקדמיום גופרתי (CdS)
- חרוזים או פולימרים פלואורסצנטיים - מחומרים כגון: פוליסטירן, פוליאתילן, אקטין-F
פלואורופורים נפוצים
צבעני תגובה וצימוד
| צבען | אורך גל בליעה מקסימלית
(ננו-מטר) |
אורך גל פליטה מקסימלית
(ננו-מטר) |
מסה מולרית |
|---|---|---|---|
| קומרין הידרוקסילי | 325 | 386 | 331 |
| אמינו קומרין | 350 | 445 | 330 |
| מתוקסי קומרין | 360 | 410 | 317 |
| NBD | 466 | 539 | 294 |
| R-PE (פיקוארתרין אדום) | 480;565 | 578 | 240 אלף |
| חלבון כלורופיל פירידין | 490 | 675 | 35KDa |
| פלואורוסצאין | 495 | 519 | 389 |
צבעני חומצות גרעין
| צבען | אורך גל בליעה מקסימלית
(ננו-מטר) |
אורך גל פליטה מקסימלית
(ננו-מטר) |
מסה מולרית |
|---|---|---|---|
| Hoechst 33342 | 343 | 483 | 616 |
| DAPI | 345 | 455 | |
| Hoechst 33258 | 345 | 478 | 624 |
| אתידיום ברומיד | 493 | 620 | 394 |
חלבונים פלואורוסצנטיים
| צבען | אורך גל בליעה מקסימלית
(ננו-מטר) |
אורך גל פליטה מקסימלית
(ננו-מטר) |
מסה מולרית | QY |
|---|---|---|---|---|
| GFP - מוטצית Y66H | 360 | 442 | ||
| GFP - מוטצית Y66F | 360 | 508 | ||
| BPE (כחול) | 545 | 572 | 240KDa | 0.98 |
| RPE (אדום) | 565 >498 | 573 | 250KDa | 0.84 |
יישומים
לפלואורופורים יש חשיבות מיוחדת בתחומי הביוכימיה ומחקר החלבון, כמו גם באנליזה של התא (אימונוהיסטוכימיה) וחישה ביולוגית זעירה.[3][7]
יישומים מחוץ לתחום מדעי החיים
- אבקות כביסה
- תעשיות הקוסמטיקה, ציוד הבטיחות והביגוד
- OLED
- עיצוב ואמנות
- הדברה
- תרופות ניסיוניות
- מרקרים
- פאנלים סולריים
ראו גם
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
- ^ Juan Carlos Stockert, Alfonso Blázquez-Castro (2017). "Chapter 3 Dyes and Fluorochromes". Fluorescence Microscopy in Life Sciences. Bentham Science Publishers. pp. 61–95. ISBN 978-1-68108-519-7. Retrieved 24 December 2017.
- ^ Rietdorf J (2005). Microscopic Techniques. Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology. Berlin: Springer. pp. 246–9. ISBN 3-540-23698-8. Retrieved 2008-12-13.
- ^ 3.0 3.1 sien RY; Waggoner A (1995). "Fluorophores for confocal microscopy". In Pawley JB. Handbook of biological confocal microscopy. New York: Plenum Press. pp. 267–74. ISBN 0-306-44826-2. Retrieved 2008-12-13.
- ^ Lakowicz, JR (2006). Principles of fluorescence spectroscopy (3rd ed.). Springer. p. 954. ISBN 978-0-387-31278-1.
- ^ Liu, J.; Liu, C.; He, W. (2013), "Fluorophores and Their Applications as Molecular Probes in Living Cells", Curr. Org. Chem., 17: 564–579, doi:10.2174/1385272811317060003
- ^ Juan Carlos Stockert, Alfonso Blázquez-Castro (2017). "Chapter 4 Fluorescent Labels". Fluorescence Microscopy in Life Sciences. Bentham Science Publishers. pp. 96–134. ISBN 978-1-68108-519-7. Retrieved 24 December 2017.
- ^ Taki, Masayasu (2013). "Chapter 5. Imaging and sensing of cadmium in cells". In Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland K. O. Sigel. Cadmium: From Toxicology to Essentiality. Metal Ions in Life Sciences. 11. Springer. p. 99115. doi:10.1007/978-94-007-5179-8_5
22556275פלואורופור