zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1670Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕSPECTROSCOPY IN BIOLOGY AND MEDICINEФотофизические особенности протолитических равновесий бифлуорофоров флуоресцеинаPhotophysical Features of Protolytic Equilibria of Fluorescein BifluorophoresФаньФ.FanF.

Минск

Minsk

ПоведайлоВ. А.PovedailoV. A.

Минск

Minsk

ЛысенкоИ. Л.LysenkoI. L.

Минск

Minsk

ШаркоО. Л.SharkoO. L.

Минск

Minsk

МазунинИ. О.MazuninI. O.

Москва

Moscow

ТихомировС. А.TikhomirovS. A.

Минск

Minsk

ШманайВ. В.ShmanaiV. V.

Минск

Minsk

shmanai@ifoch.bas-net.byИнститут физико-органической химии НАН БеларусиInstitute of Physical-Organic Chemistry of the National Academy of SciencesИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusЦентр молекулярной и клеточной биологии Сколковского института науки и технологийCenter for Molecular and Cellular Biology of the Skolkovo Institute of Science and Technology202423102024915723732Copyright © Фань Ф., Поведайло В.А., Лысенко И.Л., Шарко О.Л., Мазунин И.О., Тихомиров С.А., Шманай В.В., 20242024Фань Ф., Поведайло В.А., Лысенко И.Л., Шарко О.Л., Мазунин И.О., Тихомиров С.А., Шманай В.В.Fan F., Povedailo V.A., Lysenko I.L., Sharko O.L., Mazunin I.O., Tikhomirov S.A., Shmanai V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1670

   Исследовано влияние pH и состава раствора на фотофизические свойства карбоксифлуоресцеиновых бифлуорофоров, а также проведено сравнение флуоресцентного эффекта бифлуорофоров с мономерными карбоксифлуоресцеинами (5-FAM и 6-FAM) в конъюгатах с белковыми молекулами. Показано, что оба бифлуорофора хорошо флуоресцируют в щелочной среде, однако интенсивность флуоресценции снижается при pH 6 и 7 и практически исчезает в кислой среде. Флуоресценция мета-(6-FAM)2 чувствительна к составу раствора, в то время как для мета-(5-FAM)2 она более стабильна и практически не зависит от свойств раствора. При образовании конъюгата бифлуорофора с белком квантовый выход флуоресценции бифлуорофора снижается больше в сравнении с мономерами FAM, однако общая интенсивность флуоресценции не уступает интенсивности двух мономерных модификаций благодаря более высокому коэффициенту экстинкции бифлуорофора (~140000 М–1 . см–1).

   The photophysical properties of these two carboxyfluorescein bifluorophores were investigated in more depth, including the effects of pH and different solution media on the photophysical properties, as well as comparing the fluorescence effect of bifluorophores with monomers carboxyfluoresceins (5-FAM and 6-FAM) in conjugates with protein molecules. The results showed that both bifluorophores fluoresced perfectly in alkaline medium, but the fluorescence intensity decreased at pH values of 6–7, and almost disappeared in acidic medium. The fluorescence of (6-FAM)2 is very sensitive to the solution composition, while (5-FAM)2 is more stable and almost independent of the solution medium. When bifluorophore-protein conjugate is formed, the quantum yield of bifluorophore fluorescence decreases more strongly compared to monomers carboxyfluoresceins, but the overall fluorescence intensity of the bifluorophore was not inferior to that of the two carboxyfluorescein monomer-protein conjugates due to the high extinction coefficient of the bifluorophore (~140,000 M–1 . cm–1).

флуоресцентная спектроскопияквантовый выход флуоресценцииклик-химияфлуоресцеинfluorescence spectroscopyfluorescence quantum yieldsclick chemistryfluoresceinРабота выполнена при финансовой поддержке Фонда Совета по стипендиям Китая (грант № 202008400011), Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (гранты № Ф24В-006 и № Х23РНФ-041), Российского научного фонда (грант № 23-45-10010)The work was carried out with the financial support of the China Scholarship Council Foundation (grant No. 202008400011), the Belarusian Republican Foundation for Basic Research (grants No. F24B-006 and No. X23RNF-041), Russian Science Foundation (grant No. 23-45-10010)ReferencesV. A. Povedailo, I. L. Lysenko, S. A. Tikhomirov, D. L. Yakovlev, D. A Tsybulsky, A. S. Kruhlik, F. Fan, Y. V. Martynenko-Makaev, O. L. Sharko, P. V. Duong, P. H. Minh, V. V. Shmanai. J. Fluores., 30 (2020) 629—635V. A. Povedailo, I. L. Lysenko, S. A. Tikhomirov, D. L. Yakovlev, D. A Tsybulsky, A. S. Kruhlik, F. Fan, Y. V. Martynenko-Makaev, O. L. Sharko, P. V. Duong, P. H. Minh, V. V. Shmanai. J. Fluores., 30 (2020) 629—635J. R. Unruh, G. Gokulrangan, G. S. Wilson, C. K. Johnson. Photochem. and Photobiol., 81, N 3 (2005) 682-690J. R. Unruh, G. Gokulrangan, G. S. Wilson, C. K. Johnson. Photochem. and Photobiol., 81, N 3 (2005) 682-690M. Götz, S. Hess, G. Beste, A. Skerra, M. E. Michel-Beyerle. Biochemistry, 41, N 12 (2002) 4156—4164M. Götz, S. Hess, G. Beste, A. Skerra, M. E. Michel-Beyerle. Biochemistry, 41, N 12 (2002) 4156—4164O. K. Abou-Zied, S. A. Sulaiman. Dyes and Pigments, 110 (2014) 89—96O. K. Abou-Zied, S. A. Sulaiman. Dyes and Pigments, 110 (2014) 89—96T. Wang, T. Hong, Y. Huang, H. Su, F. Wu, Y. Chen, L. Wei, W. Huang, X. Hua, Y. Xia, J. Xu, J. Gan, B. Yuan, Y. Feng, X. Zhang, C. Yang, X. Zhou. J. Am. Chem. Soc., 137, N 43 (2015) 13736—13739T. Wang, T. Hong, Y. Huang, H. Su, F. Wu, Y. Chen, L. Wei, W. Huang, X. Hua, Y. Xia, J. Xu, J. Gan, B. Yuan, Y. Feng, X. Zhang, C. Yang, X. Zhou. J. Am. Chem. Soc., 137, N 43 (2015) 13736—13739G. Li, B. Zhang, X. Song, Y. Xia, H. Yu, X. Zhang, Y. Xiao, Y. Song. Sensors and Actuators B: Chem., 253 (2017) 58—68G. Li, B. Zhang, X. Song, Y. Xia, H. Yu, X. Zhang, Y. Xiao, Y. Song. Sensors and Actuators B: Chem., 253 (2017) 58—68K. L. Bandamwar, E. B. Papas, Q. Garrett. Contact Lens and Anterior Eye, 37, N 3 (2014) 213—223K. L. Bandamwar, E. B. Papas, Q. Garrett. Contact Lens and Anterior Eye, 37, N 3 (2014) 213—223D. Y. Ryazantsev, D. A. Tsybulsky, I. A. Prokhorenko, M. V. Kvach, Y. V. Martynenko, P. M. Philipchenko, V. V. Shmanai, V. A. Korshun, S. K. Zavriev. Analyt. and Bioanalyt. Chem., 404 (2012) 59—68D. Y. Ryazantsev, D. A. Tsybulsky, I. A. Prokhorenko, M. V. Kvach, Y. V. Martynenko, P. M. Philipchenko, V. V. Shmanai, V. A. Korshun, S. K. Zavriev. Analyt. and Bioanalyt. Chem., 404 (2012) 59—68D. A. Tsybulsky, M. V. Kvach, D. Y. Ryazantsev, I. O. Aparin, A. A. Stakheev, I. A. Prokhorenko, Y. V. Martynenko, S. V. Gontarev, A. A. Formanovsky, T. S. Zatsepin, V. V. Shmanai, V. A. Korshun, S. K. Zavriev. Mol. and Cell. Probes, 30, N 5 (2016) 285—290D. A. Tsybulsky, M. V. Kvach, D. Y. Ryazantsev, I. O. Aparin, A. A. Stakheev, I. A. Prokhorenko, Y. V. Martynenko, S. V. Gontarev, A. A. Formanovsky, T. S. Zatsepin, V. V. Shmanai, V. A. Korshun, S. K. Zavriev. Mol. and Cell. Probes, 30, N 5 (2016) 285—290N. Wanichacheva, O. Hanmeng, S. Kraithong, K. Sukrat. J. Photochem. and Photobiol. A: Chem., 278 (2014) 75—81N. Wanichacheva, O. Hanmeng, S. Kraithong, K. Sukrat. J. Photochem. and Photobiol. A: Chem., 278 (2014) 75—81S. Wang, B. S. Gaylord, G. C. Bazan. J. Am. Chem. Soc., 126, N 17 (2004) 5446—5451S. Wang, B. S. Gaylord, G. C. Bazan. J. Am. Chem. Soc., 126, N 17 (2004) 5446—5451J. Saha, A. D. Roy, D. Dey, D. Bhattacharjee, P. K. Paul, R. Das, S. A. Hussain. Spectrochim. Acta Part A: Mol. and Biomolec. Spectrosc., 175 (2017) 110—116J. Saha, A. D. Roy, D. Dey, D. Bhattacharjee, P. K. Paul, R. Das, S. A. Hussain. Spectrochim. Acta Part A: Mol. and Biomolec. Spectrosc., 175 (2017) 110—116A. J. Hickey, P. R. Byron. J. Pharm. Sci., 75, N 8 (1986) 756—759A. J. Hickey, P. R. Byron. J. Pharm. Sci., 75, N 8 (1986) 756—759H. Komatsu, N. Iwasawa, D. Citterio, Y. Suzuki, T. Kubota, K. Tokuno, Y. Kitamura, K. Oka, K. Suzuki. J. Am. Chem. Soc., 126, N 50 (2004) 16353—16360H. Komatsu, N. Iwasawa, D. Citterio, Y. Suzuki, T. Kubota, K. Tokuno, Y. Kitamura, K. Oka, K. Suzuki. J. Am. Chem. Soc., 126, N 50 (2004) 16353—16360E. Lanz, M. Gregor, J.Slavík, A. Kotyk. J. Fluores., 7 (1997) 317—319E. Lanz, M. Gregor, J.Slavík, A. Kotyk. J. Fluores., 7 (1997) 317—319E. Ralston, L. M. Hjelmeland, R. D. Klausner, J. N. Weinstein, R. Blumenthal. Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Biomembranes, 649, N 1 (1981) 133—137E. Ralston, L. M. Hjelmeland, R. D. Klausner, J. N. Weinstein, R. Blumenthal. Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Biomembranes, 649, N 1 (1981) 133—137M. V. Kvach, D. A. Tsybulsky, A. V. Ustinov, I. A. Stepanova, S. L. Bondarev, S. V. Gontarev, V. A. Korshun, V. V. Shmanai. Bioconjugate Chem., 18, N 5 (2007) 1691—1696M. V. Kvach, D. A. Tsybulsky, A. V. Ustinov, I. A. Stepanova, S. L. Bondarev, S. V. Gontarev, V. A. Korshun, V. V. Shmanai. Bioconjugate Chem., 18, N 5 (2007) 1691—1696M. M. Martin, L. Lindqvist. J. Lumin., 10, N 6 (1975) 381—390M. M. Martin, L. Lindqvist. J. Lumin., 10, N 6 (1975) 381—390N. Klonis, W. H. Sawyer. J. Fluores., 6 (1996) 147—157N. Klonis, W. H. Sawyer. J. Fluores., 6 (1996) 147—157D. P. Surzhikova, M. A. Gerasimova, E. A. Slyusareva. Russ. Phys. J., 64, N 11 (2022) 2102—2109D. P. Surzhikova, M. A. Gerasimova, E. A. Slyusareva. Russ. Phys. J., 64, N 11 (2022) 2102—2109E. A. Slyusareva, M. A. Gerasimova. Russ. Phys. J., 56 (2014) 1370—1377E. A. Slyusareva, M. A. Gerasimova. Russ. Phys. J., 56 (2014) 1370—1377N. S. Castro, I. Moura, M. S. Carepo, C. A. Laia. J. Photochem. and Photobiol. A: Chem., 372 (2019) 59—62N. S. Castro, I. Moura, M. S. Carepo, C. A. Laia. J. Photochem. and Photobiol. A: Chem., 372 (2019) 59—62F. Le Guern, V. Mussard, A. Gaucher, M. Rottman, D. Prim. Int. J. Mol. Sci., 21, N 23 (2020) 9217F. Le Guern, V. Mussard, A. Gaucher, M. Rottman, D. Prim. Int. J. Mol. Sci., 21, N 23 (2020) 9217P. A. Grimes, R. A. Stone, A. M. Laties, W. Li. Arch. Ophthalmology, 100, N 4 (1982) 635—639P. A. Grimes, R. A. Stone, A. M. Laties, W. Li. Arch. Ophthalmology, 100, N 4 (1982) 635—639M. H. Lee, J. H. Han, J. H. Lee, N. Park, R. Kumar, C. Kang, J. S. Kim. Angew. Chem. Int. Ed., 52, N 24 (2013) 6206—6209M. H. Lee, J. H. Han, J. H. Lee, N. Park, R. Kumar, C. Kang, J. S. Kim. Angew. Chem. Int. Ed., 52, N 24 (2013) 6206—6209Y. X. Wu, X. B. Zhang, J. B. Li, C. C. Zhang, H. Liang, G. J. Mao, L. Y. Zhou, W. Tan, R. Q. Yu. Analyt. Chem., 86, N 20 (2014) 10389—10396Y. X. Wu, X. B. Zhang, J. B. Li, C. C. Zhang, H. Liang, G. J. Mao, L. Y. Zhou, W. Tan, R. Q. Yu. Analyt. Chem., 86, N 20 (2014) 10389—10396V. V. Martin, I. S. Alferiev, A. L. Weis. Tetrahedron Lett., 40, N 2 (1999) 223—226V. V. Martin, I. S. Alferiev, A. L. Weis. Tetrahedron Lett., 40, N 2 (1999) 223—226F. Fan, V. A. Povedailo, I. L. Lysenko, T. P. Seviarynchyk, O. L. Sharko, I. O. Mazunin, V. V. Shmanai. J. Fluores., 34, N 2 (2024) 925—933F. Fan, V. A. Povedailo, I. L. Lysenko, T. P. Seviarynchyk, O. L. Sharko, I. O. Mazunin, V. V. Shmanai. J. Fluores., 34, N 2 (2024) 925—933R. G. Mayer, R. S. Drago. Inorg. Chem., 15, N 8 (1976) 2010—2011R. G. Mayer, R. S. Drago. Inorg. Chem., 15, N 8 (1976) 2010—2011T. Nowicka-Jankowska. J. Inorg. and Nuclear Chem., 33, N 7 (1971) 2043—2050T. Nowicka-Jankowska. J. Inorg. and Nuclear Chem., 33, N 7 (1971) 2043—2050R. F. Chen, J. R. Knutson. Analyt. Biochem., 172, N 1 (1988) 61—77R. F. Chen, J. R. Knutson. Analyt. Biochem., 172, N 1 (1988) 61—77S. Fery-Forgues, D. Lavabre. J. Chem. Ed., 76, N 9 (1999) 1260S. Fery-Forgues, D. Lavabre. J. Chem. Ed., 76, N 9 (1999) 1260T. Mineno, T. Ueno, Y. Urano, H. Kojima, T. Nagano. Org. Lett., 8, N 26 (2006) 5963—5966T. Mineno, T. Ueno, Y. Urano, H. Kojima, T. Nagano. Org. Lett., 8, N 26 (2006) 5963—5966N. Marmé, J. P. Knemeyer, M. Sauer, J. Wolfrum. Bioconjugate Chem., 14, N 6 (2003) 1133—1139N. Marmé, J. P. Knemeyer, M. Sauer, J. Wolfrum. Bioconjugate Chem., 14, N 6 (2003) 1133—1139G. Vidarsson, G. Dekkers, T. Rispens. Front. Immun., 5 (2014) 520G. Vidarsson, G. Dekkers, T. Rispens. Front. Immun., 5 (2014) 520A. Bujacz. Acta Crystallogr. D: Biol. Crystallography, 68, N 10 (2012) 1278—1289A. Bujacz. Acta Crystallogr. D: Biol. Crystallography, 68, N 10 (2012) 1278—1289

The authors declare that there are no conflicts of interest present.