Perydynina-chlorofil-białko. Optyka nanostruktur. Perydynina-chlorofil-białko. Rekonstytucja Chl a. Sebastian Maćkowski.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Perydynina-chlorofil-białko. Optyka nanostruktur. Perydynina-chlorofil-białko. Rekonstytucja Chl a. Sebastian Maćkowski."

Antoni Romanowski
7 lat temu
Przeglądów:

1 Perydynina-chlorofil-białko struktura (krystalografia promieni X) Optyka nanostruktur Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: Biuro: 365, telefon: Amphidinium carterae E. Hofmann et al., Science (1996) Rekonstytucja Chl a Perydynina-chlorofil-białko 1 Chl a 4 Per monomer PCP τ F =12 ps 1.7 nm (Chl a) 2 -N-PCP T. Brotosudarmo, SM, et al., FEBS Lett. 58 (26) 5257 Chl:Per - 1:4 dominująca absorpcja - karotenoidy słabe oddziaływanie między Chl

2 Oddziaływanie Chl-Chl Chlorofile 1 Chl a-n-pcp R2 R B A 3 N N Spectrum number M 9 8 N 7 H 6 H H 1 niezależny pomiar fluorescencji z obu Chl w monomerze C E 4 3 dwustopniowy zanik intensywności świecenia słabe oddziaływanie N D 5 O 9 8 O 7 6 O COOCH3 C2H S. Wörmke, SM, et al., BBA - Bioenergetics 1767 (27) 956 Inne typy chlorofilu Pigment Chl a Chl b acchl a T=3 K λex=5 nm (Chl b)2-n-pcp (Chl a)2-n-pcp (acchl a)2-n-pcp T=3 K 1 Chl b Chl b-n-pcp (Chl b)2-n-pcp (Chl a)2-n-pcp (acchl a)2-n-pcp 1 4 Per λex=532 nm Układy z innymi chlorofilami Lifetime Quantum Per to Chl [ns] yield [%] transfer time [ps] Extinction Fluorescence coefficient maximum [mm-1 cm-1] [nm] at 662 nm at 644 nm at 667 nm , Time [ns] T H.P. Brotosudarmo, SM, et al., Photosynth. Res. 95 (28) 247

Pojedyncze kompleksy Układy dwuchlorofilowe 1 Chl a 8 Per 1 Chl b Chl a-n-pcp Chl b-n-pcp Chl a/chl b-n-pcp S. Wörmke, SM, et al., J. Fluor. 18 (28) 611 T H.P. Brotosudarmo, SM, et al., Photosynth.

3 Pojedyncze kompleksy Układy dwuchlorofilowe 1 Chl a 8 Per 1 Chl b Chl a-n-pcp Chl b-n-pcp Chl a/chl b-n-pcp S. Wörmke, SM, et al., J. Fluor. 18 (28) 611 T H.P. Brotosudarmo, SM, et al., Photosynth. Res. 95 (28) 247 Układy dwuchlorofilowe fluorescencja chl b chl a+b chl b chl a chl a Fluorescence Absorption chl a widmo wzbudzenia excitation, λdet = 652nm excitation, λdet = 673nm absorpcja Widmo wzbudzenia chl b excitation spectra show energy transfer between Chl a and Chl b chl a+b Förster description chl a+b 67nm 65nm kt ( r ) = 9(ln 1)κ 2 Φ D 128π 5 N A n 4τ D R 6 FD (λ )ε (λ )λ4 dλ

Widmo wzbudzenia Przekaz energii detekcja Chl a 1 Chl a/b-n-pcp Chl a-n-pcp Chl b FL Chl a ABS Chl b FL Chl a ABS Chl b ABS Chl a FL 6 62 64 66 68 7 135 14 145 15 155 16 165 Energy [cm -1 ] 135 14

4 Widmo wzbudzenia Przekaz energii detekcja Chl a 1 Chl a/b-n-pcp Chl a-n-pcp Chl b FL Chl a ABS Chl b FL Chl a ABS Chl b ABS Chl a FL Energy [cm -1 ] Energy [cm -1 ] Energy [cm -1 ] detekcja Chl b 1 Chl a/b-n-pcp Chl b-n-pcp Chl b ABS Chl a FL Energy [cm -1 ] 2 9(ln1) κ Φ D kt ( r) = F π N n τ R A D Förster transfer times D 4 ( λ) ε ( λ) λ dλ k F AB = 47 (ps)-1 k F BA = 31 (ps)-1 Rozkład obsadzeń Pojedyncze kompleksy energy transfer between Chl a and Chl b takes place in both directions with comparable efficiency intensity ratio between Chl a and Chl b: chl a+b equilibrium:.51 Monte Carlo:

Pojedyncze kompleksy Ścieżki przekazu energii 3 Chl a/b-n-pcp Occurence 6 62 energy transfer pathways Chl a/b-n-pcp 64 66 68 7 2 Chl b intensity Chl a intensity 72 Per to Chl energy transfer (T.

5 Pojedyncze kompleksy Ścieżki przekazu energii 3 Chl a/b-n-pcp Occurence 6 62 energy transfer pathways Chl a/b-n-pcp Chl b intensity Chl a intensity 72 Per to Chl energy transfer (T. Polivka, et al., Photosyn. Res. 25) k Per-Chla= (3.55 ps)-1 k Per-Chlb= (9.4 ps)-1 1 [arb. units] excitation distribution: equilibrium: 1.3 Monte Carlo: 1.7 Chl a/b-n-pcp Occurence 2 intensity ratio between Chl a and Chl b: experiment: Chl a/chl b intensity ratio SM, S. Wörmke, et al., Biophys. J. 93 (27) 3249 Pytanie Zasadnicza idea czy istnieją sposoby wpływania na własności optyczne układów fotosyntetycznych? P. Arger, et al. Phys. Rev. Lett. 26 the presence of metal nanostructure in the vicinity of an emitting dipole strongly affects the optical properties of a fluorophore with no metal metal Chl a-n-pcp T=3K native LH2 T=3K Absorption Absorption absorption fluorescence M M γ r γ nr γ rm γ nr γ abs γ exc γ exc 1

6 Zasadnicza idea Teoria quantum yield radiative decay excitation rate P. Arger, et al. Phys. Rev. Lett. (26) Teoria Zasadnicza idea

7 Tłumienie emisji PCP + Au NPs T. Pons, et al. Nano Lett. 27 (ac-chl a) 2 -N-PCP, 692 nm energy transfer from NC to NP leads to decrease of the fluorescence and faster decay of the emission PCP + Au NPs PCP + Au NPs (Chl a) 2 -N-PCP, 672 nm (Chl b) 2 -N-PCP, 651 nm

8 PCP + Au NPs Wzmocnienie emisji J. Lee, et al. Nano Lett. 24, Nat. Materials 27 T=3 K λ EX =532 nm (Chl b) 2 -N-PCP (Chl a) 2 -N-PCP (acchl a) 2 -N-PCP strongest quenching occurs for Chl b reconstituted N-PCP due to largest overlap with the absorption of Au colloid stimulation of photon emission by electromagnetic field generated through plasmons excited in Au NPs Wzmocnienie emisji Wzmocnienie emisji J. Lee, et al. Angew. Chemie Int. Ed. 26 cząstki metaliczne + nanokryształy półprzewodnikowe increase of NW absorption due to plasmonic excitations in Ag nanoparticles

9 Własności optyczne Wzmocnienie emisji Wyspy srebrne (SIF) Pojedyncze nanokryształy + SIF J. Lakowicz, et al. Analytical Biochem. 22 K. Ray, et al. J. Am. Chem. Soc. 26 K. Ray, et al. J. Am. Chem. Soc. 26 Glass SIF wzrost intensywności fluorescencji

10 Wyspy srebrne PCP na wyspach srebrnych AFM wyspy o średnicach od 7 do 14 nm i wysokości około 3-4 nm Absorption (arb. units),4,3,2,1 SIF layer on glass coverslip, Wavelength (nm) Fluorescence (arb. units) Fluorescence (arb. units) PCP on SIF PCP on glass PCP on glass x 6 PCP ensemble T=3 K λ EX =532 nm PCP on SIF PCP on glass PCP on glass x 8.5 PCP ensemble T=3 K λ EX =632 nm Wavelength (nm) (a) (b) λ exc =532 =632 nm γ Per Chl exc γexc γ ET q silny wzrost intensywności emisji dla kompleksów PCP znajdujących się w pobliżu srebrnych wysp SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558 PCP na wyspach srebrnych PCP na wyspach srebrnych Relative 1, (c),8,6 PCP ensemble T=3 K λ EX =532 nm,4 / PCP on glass / PCP on SIF, Time (s) PCP on SIF PCP on glass T=3 K λ EX =53 nm 1 2,,5 1, 1,5 2, Time (ns) wzrost intensywności fluorescencji spowodowany większą absorpcją światła przez kompleks fotosyntetyczny SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558 Field Enhancement Factor 1 1 R NP =4 nm =4 nm λ ex Ag Wavelength (nm) d λ emiss SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558

11 Pojedyncze kompleksy PCP Pojedyncze kompleksy PCP rozkład wielkości wysp srebrnych, odległości między wyspami i kompleksami PCP, a także ich wzajemnej orientacji Occurence Fluorescence (arb. units) PCP on SIF surface PCP on glass single PCP complexes T=3 K λ EX =532 nm Wavelength (nm) PCP on SIF, <I>=54 PCP on glass, <I>=9 T=3 K λ EX =532 nm (b) (a) Occurence Occurence PCP on SIF surface T=3 K λ EX =532 nm Wavelength (nm) wzmocnienie fluorescencji układu biologicznego pod wpływem oddziaływania z cząstką metalu (c) SM, S. Wörmke, et al., Nano Lett. 8 (28) 558 Plany Przekaz energii nanodrut Ag + pojedyncze kompleksy PCP

12 Przekaz energii Przekaz energii Przekaz energii Inne sposoby cząstki metaliczne nanokryształy kompleksy fotosyntetyczne native LH2 T=3K hetero-chl PCP 5 Chl a-n-pcp glass Chl b-n-pcp Chl a/b-n-pcp SIF Occurence Fluorescence Chl a-n-pcp T=3K av=3,3 sd=,1 av=1,8 sd=, Chl Wavelength a/chl b intensity [nm]ratio

Podobne dokumenty

Eksperyment optyczny. Optyka nanostruktur. Diagram Jabłońskiego. Typowe czasy. Sebastian Maćkowski

Eksperyment optyczny. Optyka nanostruktur. Diagram Jabłońskiego. Typowe czasy. Sebastian Maćkowski Eksperyment optyczny Optyka nanostruktur Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-325 -) roztwór