zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1849Research ArticleМОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯMOLECULAR SPECTROSCOPYВлияние внутренней вращательной диффузии флуоресцентных меток на временную кинетику ориентационного фактора фёрстеровского переноса энергииEffect of Internal Rotational Diffusion of Fluorescent Labels on the Temporal Kinetics of the Orientation Factor of Förster Energy TransferБлохинА. П.BlokhinA. P.

Минск

Minsk

lsfm@imaph.bas-net.byТихомировС. А.TikhomirovS. A.

Минск

Minsk

TiepPhung VietTiepPhung Viet

Ханой

Da Dinh, Нanoi

MinhPham HongMinhPham Hong

Ханой

Da Dinh, Нanoi

Институт физики НАН БеларусиB.I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Science of BelarusИнститут физики Вьетнамской академии наук и технологийInstitute of Physics, Vietnam Academy of Science and Technology202520052025923293302Copyright © Блохин А.П., Тихомиров С.А., Tiep P., Minh P., 20252025Блохин А.П., Тихомиров С.А., Tiep P., Minh P.Blokhin A.P., Tikhomirov S.A., Tiep P., Minh P.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/1849

Разработан обобщенный метод описания временных зависимостей ориентационного фактора для фёрстеровского резонансного диполь-дипольного переноса энергии между связанными с биомолекулами флуоресцентными метками с учетом внутренней вращательной подвижности. Метод состоит в представлении ориентационного фактора через тензорные ориентационные корреляционные функции для векторов дипольных моментов переходов донора и акцептора и позволяет использовать известные апробированные модели ориентационной релаксации для описания вращательной диффузии. Рассчитаны временные зависимости вероятности процесса переноса энергии от углов раствора конусов внутренней вращательной диффузии, ориентации этих конусов на поверхности биомолекулы и скоростей вращательной диффузии. Определены диапазоны угловых параметров, при которых временная кинетика имеет наиболее резкие изменения при переходе от начальных стационарных значений к динамическому пределу. Продемонстрировано, что внутренняя вращательная диффузия донора и акцептора при определенных условиях может как уменьшать, так и увеличивать вероятность переноса энергии во времени.

A generalized method has been developed to describe the time dependences of the orientation factor for the Förster resonance dipole-dipole energy transfer (FRET) between fluorescent labels associated with biomolecules, taking into account internal rotational mobility. The method consists in representing the orientation factor in terms of tensor orientational correlation functions for vectors of transition dipole moments of donor and acceptor, which makes it possible to use well-known proven models of orientational relaxation to describe rotational diffusion. The time dependences of the probability of the energy transfer process on the opening angles of internal rotational diffusion cones, the orientation of these cones on the surface of the biomolecule, and the rotational diffusion rates are calculated. The ranges of values of the angular parameters are determined, at which the temporal kinetics has the most dramatic changes during the transition from the initial stationary values to the dynamic limit. It has been demonstrated that the internal rotational diffusion of the donor and acceptor, under certain conditions, can both decrease and increase the probability of energy transfer over time.

ориентационный факторфёрстеровский резонансный диполь-дипольный перенос энергиивнутримолекулярная вращательная диффузияorientation factorFörster resonant dipole-dipole energy transferintramolecular rotational diffusionРабота выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф24В-006) и Вьетнамской академии наук и технологий (QTBY01.03/24-25)ReferencesВ. Л. Ермолаев, Е. Н. Бодунов, Е. В. Свешникова, Т. А. Шахвердов. Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения, Ленинград, Наука (1977)В. Л. Ермолаев, Е. Н. Бодунов, Е. В. Свешникова, Т. А. Шахвердов. Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения, Ленинград, Наука (1977)J. R. Lacowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed., New York, Springer (2006)J. R. Lacowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 3rd ed., New York, Springer (2006)R. E. Dale. Acta Phys. Polon., A54 (1978) 743—756R. E. Dale. Acta Phys. Polon., A54 (1978) 743—756R. E. Dale, J. Eisinger, W. E. Blumberg. Biophys. J., 26 (1979) 161—193R. E. Dale, J. Eisinger, W. E. Blumberg. Biophys. J., 26 (1979) 161—193B. W. van der Meer. Rev. Mol. Biotechnol., 82 (2002) 181—196B. W. van der Meer. Rev. Mol. Biotechnol., 82 (2002) 181—196B. W. van der Meer, D. M. van der Meer, S. S. Vogel. Förster Resonance Energy Transfer: from Theory to Applications, Eds. I. L. Medintz, N. Hildebrandt, Wiley-VCH, Weinheim, Germany (2013)B. W. van der Meer, D. M. van der Meer, S. S. Vogel. Förster Resonance Energy Transfer: from Theory to Applications, Eds. I. L. Medintz, N. Hildebrandt, Wiley-VCH, Weinheim, Germany (2013)B. W. van der Meer. Methods and Applications in Fluorescence, 8, N 2 (2020) 090401, doi: 10.1088/2050-6120/ab8f87B. W. van der Meer. Methods and Applications in Fluorescence, 8, N 2 (2020) 090401, doi: 10.1088/2050-6120/ab8f87A. Szabo, J. Szöllosi, P. Nagy. Current Protocols, 2 (2022) e625, doi: 10.1002/cpz1.625A. Szabo, J. Szöllosi, P. Nagy. Current Protocols, 2 (2022) e625, doi: 10.1002/cpz1.625F. D. Lewis, L. Zhang, X. Zuo. J. Am. Chem. Soc., 127 (2005) 1002—1003F. D. Lewis, L. Zhang, X. Zuo. J. Am. Chem. Soc., 127 (2005) 1002—1003A. Igbal, S. Arslan, B. Okumus, T. J. Wilson, G. Graud, D. G. Norman, T. Ha, Lilley. Proc. Nat. Acad. Sci., 105 (2008) 11176—11181A. Igbal, S. Arslan, B. Okumus, T. J. Wilson, G. Graud, D. G. Norman, T. Ha, Lilley. Proc. Nat. Acad. Sci., 105 (2008) 11176—11181S. Sindbert, S. Kalinin, H. Nguen, A. Kienzler, L. Clima, W. Bannwarth, B. Appel, S. Muller, C. A. M. Seidel. J. Am. Chem. Soc., 133 (2011) 2463—2480S. Sindbert, S. Kalinin, H. Nguen, A. Kienzler, L. Clima, W. Bannwarth, B. Appel, S. Muller, C. A. M. Seidel. J. Am. Chem. Soc., 133 (2011) 2463—2480S. K. Noothi, M. Kombrabail, T. K. Kundu, G. Krishnamoorthy. FEBS J., 276 (2009) 541—551S. K. Noothi, M. Kombrabail, T. K. Kundu, G. Krishnamoorthy. FEBS J., 276 (2009) 541—551С. А. Тихомиров, А. П. Блохин, В. А. Поведайло, А. С. Пилипович, Д. Л. Яковлев, Ф. Фань, В. В. Шманай, P. H. Minh, P. V. Duong. Журн. прикл. спектр., 90 (2023) 202—210 [S. A. Tikhomirov, A. P. Blokhin, V. A. Povedailo, A. S. Pilipovich, D. L. Yakovlev, F. Fan, V. V. Shmanai, P. H. Minh, P. V. Duong. J. Appl. Spectr., 90 (2023) 299—210]С. А. Тихомиров, А. П. Блохин, В. А. Поведайло, А. С. Пилипович, Д. Л. Яковлев, Ф. Фань, В. В. Шманай, P. H. Minh, P. V. Duong. Журн. прикл. спектр., 90 (2023) 202—210 [S. A. Tikhomirov, A. P. Blokhin, V. A. Povedailo, A. S. Pilipovich, D. L. Yakovlev, F. Fan, V. V. Shmanai, P. H. Minh, P. V. Duong. J. Appl. Spectr., 90 (2023) 299—210]L. B. Johanson, P. Edman, P.-O. Westlund. J. Chem. Phys., 105 (1996) 10896—10904L. B. Johanson, P. Edman, P.-O. Westlund. J. Chem. Phys., 105 (1996) 10896—10904M. Isakson, N. Norlin, P.-O. Westlund, L. B. Johanson. Phys. Chem. Chem. Phys., 9 (2007) 1941—1951M. Isakson, N. Norlin, P.-O. Westlund, L. B. Johanson. Phys. Chem. Chem. Phys., 9 (2007) 1941—1951Д. А. Варшалович, А. Н. Москалев, В. К. Херсонский. Квантовая теория углового момента, Ленинград, Наука (1975)Д. А. Варшалович, А. Н. Москалев, В. К. Херсонский. Квантовая теория углового момента, Ленинград, Наука (1975)A. П. Блохин, В. А. Толкачев. Журн. прикл. спектр., 77 (2010) 11—17 [A. P. Blokhin, V. A. Tolkachev. J. Appl. Spectr., 77 (2010) 6—12]A. П. Блохин, В. А. Толкачев. Журн. прикл. спектр., 77 (2010) 11—17 [A. P. Blokhin, V. A. Tolkachev. J. Appl. Spectr., 77 (2010) 6—12]A. П. Блохин, M. Ф. Гелин. Хим. физика, 13, № 1 (1994) 14—20 [A. P. Blokhin, M. F. Gelin. Chem. Phys. Rep., 13, N 1 (1994) 19—30]A. П. Блохин, M. Ф. Гелин. Хим. физика, 13, № 1 (1994) 14—20 [A. P. Blokhin, M. F. Gelin. Chem. Phys. Rep., 13, N 1 (1994) 19—30]A. P. Blokhin, M. F. Gelin. Mol. Phys., 87 (1996) 455—468A. P. Blokhin, M. F. Gelin. Mol. Phys., 87 (1996) 455—468A. P. Blokhin, M. F. Gelin. J. Phys. Chem. B, 101 (1997) 236—243A. P. Blokhin, M. F. Gelin. J. Phys. Chem. B, 101 (1997) 236—243A. P. Blokhin, M. F. Gelin. Physica A, 251 (1998) 469—484A. P. Blokhin, M. F. Gelin. Physica A, 251 (1998) 469—484A. П. Блохин. Журн. прикл. спектр., 88 (2021) 701—710 [A. P. Blokhin. J. Appl. Spectr., 88 (2021) 935—944]A. П. Блохин. Журн. прикл. спектр., 88 (2021) 701—710 [A. P. Blokhin. J. Appl. Spectr., 88 (2021) 935—944]

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