Ads Top

Teknik Fluoresensi Mengukur Transfer Elektron Pada Molekul


Triptofan (bahasa Inggris: tryptophan, TRP, W) merupakan satu dari 20 asam amino penyusun protein yang bersifat esensial bagi manusia. Bentuk yang umum pada mamalia adalah, seperti asam amino lainnya, L-triptofan. Meskipun demikian D-triptofan ditemukan pula di alam (contohnya adalah pada bisa ular laut kontrifan).

Hal ini digunakan secara ekstensif untuk mempelajari bagaimana mengubah struktur protein 3D mereka, dan juga bagaimana mereka berinteraksi dengan protein dan molekul lainnya. Studi ini menggunakan teknik fluoresensi disebut FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), yang mengukur transfer energi dari triptofan ke molekul lain. Namun dalam beberapa kasus, data FRET dapat terdistorsi karena triptofan mentransfer elektron bukan energi. Menggunakan teknik spektroskopi yang unik, para ilmuwan di EPFL kini mengkonfirmasi untuk pertama kalinya bahwa ini memang terjadi. Penelitian, yang telah jauh mencapai implikasi untuk efektivitas dari  FRET, diterbitkan dalam PNAS.

Forster resonance energy transfer (FRET), fluoresensi resonance energy transfer (FRET), resonance energy transfer (RET) atau electronic energy transfer (EET) adalah sebuah mekanisme yang menjelaskan perpindahan energi antara dua molekul ringan sensitif (kromofor). donor A kromofor, awalnya dalam keadaan tereksitasi elektronik, dapat mentransfer energi ke kromofor akseptor melalui nonradiative dipol-dipol kopling. Efisiensi transfer energi ini berbanding terbalik dengan kekuatan keenam jarak antara donor dan akseptor, membuat fret sangat sensitif terhadap perubahan kecil dalam jarak.




FRET sering digunakan dengan asam amino triptofan, yang memiliki keuntungan tambahan karena secara intrinsik menjadi berpendar. Untuk FRET, protein untuk dipelajari dimodifikasi mengandung molekul akseptor pada posisi yang tepat. Ketika protein perubahan struktur 3D-nya, triptofan berinteraksi dengan molekul akseptor, dan mentransfer energi ke dalamnya. Hasilnya adalah penurunan emisi fluoresensi tryptophan, yang dapat dihubungkan secara proporsional dengan jarak triptofan yang dari molekul akseptor. Karena struktur 3D protein yang sudah diketahui, FRET dapat memberitahu kita banyak tentang bagaimana ia telah berubah.

FRET merupakan analog dengan praktek komunikasi lapangan, dalam radius interaksi, ini jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang dipancarkan. Pada region bidang pendekatan, kromofor memancarkan foton virtual yang langsung diserap oleh kromofor penerima. Foton virtual ini tidak terdeteksi, karena keberadaan mereka diluar konservasi energi dan momentum, dan karenanya FRET dikenal sebagai mekanisme tanpa radiasi (radiationless mechanism). Perhitungan kuantum elektrodinamika telah digunakan untuk menentukan bahwa radiationless (FRET) dan perpindahan energi radiasi seperti panjang dan pendeknya garis asymptote dari penggambaran sebuah mekanisme tunggal.

Lab Majed Chergui di EPFL kini telah menunjukkan secara meyakinkan bahwa tampilan data FRET dapat dipengaruhi oleh transfer elektron dari tryptophans dalam protein. Kerja membangun protein pada makalah sebelumnya diterbitkan di Science (2013) pada myoglobins besi, protein dalam darah kita yang membawa oksigen dalam otot. Dalam penelitian tersebut, tim Chergui menunjukkan bahwa triptofan dalam mioglobin alami mentransfer elektron ke protein pengikat molekul oksigen, yang disebut heme. Karena transfer elektron juga menyebabkan pembusukan di teknik fluoresensi triptofan, itu bisa menjadi kesalahan yang harus dipertimbangkan, meningkatkan pertanyaan apakah ini juga terjadi di protein lain.

Para ilmuwan telah memastikan adanya transfer elektron antar molekul dari triptofan ke molekul lainnya dengan teknik fluoresensi dan alat spektroskopi, bukan energi yang selama ini di asumsikan.

lab Chergui melihat lebih secara biologis hubungan kelas dari protein heme, myoglobins besi, yang membawa oksigen ke otot. Para ilmuwan mempelajari mereka dalam keadaan fisiologis mereka untuk melihat apakah triptofan mentransfer elektron oksigen untuk mengikat molekul heme mioglobin itu. Namun, mereka harus bekerja dengan kerangka waktu yang sangat singkat di mana transfer elektron terjadi. Untuk mengatasi kendala ini, para ilmuwan mengembangkan cara baru, dan, sejauh ini menggunakan alat spektroskopi yang unik, yang disebut ultrafast UV spektroskopi dua dimensi.

Förster Resonance Energy Transfer dinamai dari seorang ilmuwan Jerman Theodor Forster. Ketika kedua kromofor berfluoresen, istilah "perpindahan energi fluoresensi resonansi-FRET" sering digunakan sebagai pengganti, meskipun energi tersebut tidak benar-benar ditransfer oleh fluoresensi. Untuk menghindari interpretasi yang salah dari fenomena dimana selalu terjadi transfer energi nonradiative (bahkan ketika terjadi antara dua kromofor fluoresen), nama "Forster perpindahan energi resonansi" lebih disukai untuk "fluoresensi resonansi energi transfer;" Namun, yang terakhir lebih disukai penggunaan umumnya dalam literatur ilmiah. Hal ini juga harus dicatat bahwa fRET tidak terbatas pada fluoresensi. Hal ini dapat terjadi pada hubungan dengan perpendaran juga.

Penelitian ini menegaskan bahwa transfer elektron memang terjadi antara triptofan dan molekul heme, menghasilkan bentuk ionik yang terakhir yang cocok dengan prediksi teoritis. Selain itu, penelitian mereka menunjukkan bahwa transfer elektron dari triptofan benar-benar terjadi lebih sering daripada yang diperkirakan sebelumnya. Akibatnya, penggunaan sistematis teknik fluoresensi tryptophan dalam studi FRET dipertanyakan. Penemuan ini benar-benar menciptakan masalah untuk studi berdasarkan analisis FRET. Jika transfer elektron triptofan dalam protein diuji, ini bisa memberikan pembacaan palsu yang dapat mengakibatkan kesalahan untuk perubahan konformasi protein. Pengukuran efisiensi FRET dapat digunakan untuk menentukan apakah dua fluorophores berada dalam jarak tertentu antara satu sama lain. pengukuran tersebut digunakan sebagai alat penelitian di bidangnya termasuk biologi dan kimia.

Referensi


Electron transfer challenges a common fluorescence technique,  April 20, 2015,  by Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne.

Tidak ada komentar:

Diberdayakan oleh Blogger.