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S0 S1 S2 h A k NR IC h F fluorescencia T1 cruce intersistemas ISC k NR ISC h P fosforescencia DIAGRAMA DE JABLONSKI (1898-1980) conversión interna IC relajación.

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1 S0 S1 S2 h A k NR IC h F fluorescencia T1 cruce intersistemas ISC k NR ISC h P fosforescencia DIAGRAMA DE JABLONSKI ( ) conversión interna IC relajación vibracional

2 LUMINISCENCIA emisión de luz desde un estado electrónicamente excitado Se alcanza el estado excitado por absorción de luz en: FLUORESCENCIA estado singulete excitado, transición permitida, ns FOSFORESCENCIA estado triplete excitado, transición prohibida, ms Se alcanza el estado excitado por una reacción química: QUIMIOLUMINISCENCIA

3 s s s

4 OBSERVAR: la escala de tiempo de los procesos: ABSORCION: ~ seg CONVERSION INTERNA: ~ seg FLUORESCENCIA: ~ a seg FOSFORESCENCIA: ~ a 1 seg (es una transición prohibida ) RELAJACION VIBRACIONAL: ~ seg Los pasos propiamente dichos de absorción y de emisión son extremadamente rápidos, tanto que los núcleos no llegan a moverse (principio de Franck-Condon). La absorción sólo da información del entorno inmediato a la molécula que absorbe. La relajación vibracional por lo general es mucho más rápida que la fluorescencia, entonces la molécula se relaja completamente y (en general) sólo vemos la emisión desde el estado S1. La escala de tiempo de fluorescencia es la misma que la escala de tiempo de movimientos moleculares, por eso el espectro de fluorescencia posee información de un entorno más amplio que el de absorción.

5 FLUORESCENCIA 1er. paso : absorción o excitación energía suficiente para llegar a nivel electrónico superior S 1 o S 2 λ exc 2do. paso : emisión de luz energía radiativa emitida menor que la absorbida, λ em > λ exc Corrimiento de Stokes ESTADO EXCITADO

6

7 Rendimiento (Q) = fotones emitidos <1 fotones absorbidos = constante de velocidad de emisión = constante de velocidad de decaimiento no radiativo RENDIMIENTO CUANTICO DE FLUORESCENCIA (Q): en términos cinéticos de cada proceso:

8

9 = tiempo de vida intrínseca o natural, sin ningún proceso no radiativo = tiempo de vida medida TIEMPO DE VIDA: tiempo promedio que un fluoróforo pasa en el estado excitado antes de volver al estado basal (por cualquier vía) TIEMPO DE VIDA NATURAL: es el tiempo de vida si sólo volviera al estado basal por fluorescencia Se relacionan:

10 Parámetros a medir en fluorescencia Intensidad de fluorescencia (I SS ) Espectros de excitación y emisión (I F vs λ ) λ max (ex), λ max (em) Rendimiento cuántico de fluorescencia (Q) Vida media del fluoróforo ( ) Anisotropía (r) (tiempo de correlación rotacional) Eficiencia RET (E) (distancia de Föster)

11 Intensidad de fluorescencia (estado estacionario) I SS Intensidad resuelta en el tiempo ( ) Pulso de luz Iluminación continua

12 ESPECTROFLUORÍMETRO

13 FUENTE DE LUZ Xe, Hg-Xe, Hg (high- low-P), Diodo (lase, LED) MONOCROMADORES excitación y emisión vs FILTROS ancho de banda polarizadores DETECTOR tubo fotomultiplicador (PMT) MUESTRA geometría de iluminación de la muestra La medida de I F es relativa a la geometría del equipo

14 Intensidad de Fluorescencia y concentración del fluoróforo Efecto de filtro interno

15 Cuantificación del fluoróforo midiendo Intensidad de fluorescencia I F I F ( λex, λem) = I A Φ Z Z = factor instrumental Φ= rendimiento cuántico de F I A = I T - I 0 = I 0 (1 – exp(-2.3 ε c l) ε = coef. Absortividad a λexc c = concentración del fluoróforo I F ( λex, λem) = I 0 Φ Z 2.3 ε c l I F es proporcional a la conc. Si trabajamos con conc. diluidas Si A λ << 1 I A = I 0 (2.3 ε c l)

16 Usar soluciones diluidas A < Control con solo solvente Usar adecuada λexc, filtro, conc. fluoróforo Filtrar la solución

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18 Fluoróforos en bioquímica Fluorescencia intrínseca fluorescencia natural, propia del sistema Fluorescencia extrínseca agrego a la muestra un fluoróforo externo (sonda fluorescente)

19 Fluorescencia en: Proteínas, fluorescencia intrínseca debido a residuos aminoacídicos aromáticos, predomina el triptofano. Además marcado con sondas fluorescentes (FITC, DNS). GFP y derivados. Ácidos nucleicos, sin fluorescencia intrínseca, se agregan sondas fluorescentes catiónicas planares (EtBr, DAPI) Membranas, no fluorescentes, se agregan sondas liposolubles con baja fluorescencia en agua (DPH, ANS) o fosfolípidos marcados

20 Fluorescencia en: NAD(P)H FAD, FMN Piridoxal fosfato (PLP) Clorofilas Indicadores fluorescentes (pH, Na +, Cl -, Ca 2+, O 2 )

21 0.4 ns en solución 1-5 ns unido a DH 4.7 ns en solución (2.3 ns FMN) ns unido a prot.

22

23 Phe Abundancia: 3.5% ex = 260 nm, em= 282 nm (Q. ~ 5) Insensible al entorno Tyr Abundancia: 3.5% ex = 275 nm, em= 303 nm (Q. ~ 220) Insensible al entorno, quencheable Ionizable, tirosinato emite (

24 Sondas fluorescentes para proteínas DNS-Cl sensible a polaridad del entorno, fluorescencia polarizada Fluoresceína (y Rodaminas) absorbe y emite en el visible, alto rendimiento, ε= M -1 cm -1

25 Compuestos de B (BODIPY) absorben y emiten en el visible, alto rendimiento, ε= M-1cm-1, fotoestables, insensible al solvente y pH

26 Sondas fluorescentes para ácidos nucleicos Bases modificadas fluorescentes

27 GFP = Green Fluorrescent Protein Formación espontánea del fluoróforo al plegarse

28 XX*X* hνhν h ν Relajación por solvente Transferencia de energía Quenching Transferencia de carga Disociación de H + Formación de complejos Formación de oligómeros ( ns) ¿Qué le puede suceder al estado excitado del fluoróforo antes de emitir y volver al estado basal?

29 s

30 Efectos del solvente y del entorno local sobre la fluorescencia H = hexano CH = ciclohexano T = tolueno EA = acetato de etilo Bu = butanol HO Acido dimetilamino naftalen sulfónico (dansilo)

31 Efectos del solvente y del entorno k >> 1/ k 1/ Corrimientos de Stokes dinámicos

32 Cambio en la emisión por cambio de solvente o cambio del entorno (ej. unión a proteína) Miro la fluorescencia de la sonda fluorescente, el TNS

33 Cambio en la emisión por cambio de solvente o cambio del entorno (ej. unión a proteína) HSA = albúmina humana ANS = Anilinonaftalensulfonato (fluoróforo muy sensible a la polaridad entorno)

34 Determinar constantes de unión de un ligando si este es fluorescente y su fluorescencia cambia con la unión o si la fluorescencia intrínseca cambia por efecto de la unión de un ligando

35 Emisión del triptofano es sensible al entorno (ej. desnaturalización de proteína) N = nativa U = desplegada unfolded

36 Usos de fluorescencia en bioquímica Localización subcelular Cambios en la concentración Interacciones moleculares Cambios conformacionales Distancias intra/intermoleculares Difusión rotacional Caracterización estructural Actividad enzimática


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