Topics in Fluorescence Spectroscopy: Volume 6: Protein Fluorescence

فلورسانس ذاتی یا طبیعی پروتئین ها شاید پیچیده ترین ناحیه فلورسانس بیوشیمیایی باشد. خوشبختانه آمینو اسیدهای فلورسنت، فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان در پروتئین ها نسبتا کمیاب هستند. ترتوفان فلوروفور ذاتی غالب است و در حدود یک درصد مول در پروتئین وجود دارد. در نتیجه اکثر پروتئین ها حاوی چندین باقی مانده تریپتوفان و حتی باقی مانده تیروزین بیشتری هستند. انتشار هر باقیمانده تحت تأثیر چندین فرآیند حالت برانگیخته از جمله آرامش طیفی، از دست دادن پروتون برای تیروزین، حرکات چرخشی و حضور گروه‌های خاموش کننده نزدیک روی پروتئین قرار می‌گیرد. علاوه بر این، باقیمانده‌های تیروزین و تریپتوفان می‌توانند با انتقال انرژی تشدید (RET) با یکدیگر تعامل داشته باشند و انتشار تیروزین را کاهش دهند. از این نظر یک پروتئین شبیه به یک مسئله سه ذره یا چند ذره در مکانیک کوانتومی است که در آن برهمکنش بین ذرات مانع از توصیف دقیق سیستم می شود. در مقایسه، تفسیر داده‌های فلورسانس از پروتئین‌های نشان‌دار آسان‌تر بوده است، زیرا چگالی فلوروفور و مکان‌های آن را می‌توان کنترل کرد تا پروب‌ها با یکدیگر تعامل نداشته باشند. از منشا فلورسانس بیوشیمیایی در دهه 1950 با پروفسور G. Weber تا اواسط دهه 1980، فلورسانس پروتئین ذاتی بیشتر کیفی بود تا کمی. یک گزارش اولیه در سال 1976 توسط A. Grindvald و I. Z. Steinberg، کاهش شدت پروتئین را چند نمایی توصیف کرد. تلاش‌ها برای حل این فروپاشی‌ها در سهم باقی‌مانده‌های تری‌فان منفرد عمدتاً به دلیل مشکلات در حل طول عمرهای نزدیک به هم ناموفق بود.

The intrinsic or natural fluorescence of proteins is perhaps the most complex area of biochemical fluorescence. Fortunately the fluorescent amino acids, phenylalanine, tyrosine and tryptophan are relatively rare in proteins. Tr- tophan is the dominant intrinsic fluorophore and is present at about one mole % in protein. As a result most proteins contain several tryptophan residues and even more tyrosine residues. The emission of each residue is affected by several excited state processes including spectral relaxation, proton loss for tyrosine, rotational motions and the presence of nearby quenching groups on the protein. Additionally, the tyrosine and tryptophan residues can interact with each other by resonance energy transfer (RET) decreasing the tyrosine emission. In this sense a protein is similar to a three-particle or mul- particle problem in quantum mechanics where the interaction between particles precludes an exact description of the system. In comparison, it has been easier to interpret the fluorescence data from labeled proteins because the fluorophore density and locations could be controlled so the probes did not interact with each other. From the origins of biochemical fluorescence in the 1950s with Prof- sor G. Weber until the mid-1980s, intrinsic protein fluorescence was more qualitative than quantitative. An early report in 1976 by A. Grindvald and I. Z. Steinberg described protein intensity decays to be multi-exponential. Attempts to resolve these decays into the contributions of individual tryp- phan residues were mostly unsuccessful due to the difficulties in resolving closely spaced lifetimes.