FRET

목차

1. Abstract
2. Introduction
3. Results
4. Discussion
5. Assignment
6. Reference

본문내용

1. Abstract
본 실험에서는 시간-상관 단일 광자 계수기(Time Correlated Single Photon Counting, TCSPC)를 이용하여 DNA의 서로 다른 상보적인 가닥에 표지가 되어있는 두 형광단 Cy3와 Cy5 간의 Förster 공명 에너지 전이(Förster Resonance Electron Transfer, 이하 FRET)의 형광 세기와 수명을 측정함으로써 donor dye와 receptor dye 사이의 거리에 따른 FRET 효율을 계산해본다. 이를 위해 우선 형광의 발생 메커니즘을 이해하고 TCSPC의 작동 원리 및 방법을 알아보며, FRET이 발생할 수 있는 조건과 생체 분자 내에서의 FRET 측정의 역할과 의미를 확인한다. 또한 실제 실험에서 측정된 FRET 효율로 구한 두 dye 사이의 거리와 이론적인 DNA의 구조에 대한 정보로부터 구한 거리를 비교함으로써 두 값의 차이가 발생하는 원인에 대해 고찰하고 본 실험에서의 다양한 원인에 대해 고찰한다. 이러한 과정을 통해 FRET의 개념과 발생 원리를 이해함으로써 생체 분자 연구에서의 적용 방법에 대해서 알아본다.

2. Introduction
1) 형광
형광은 분자, 원자 혹은 나노 입자 등이 빛을 흡수하여 단일항 들뜬 상태로 이동한 후, 다시 안정적인 바닥 상태로 돌아가면서 빛을 방출하는 현상이다. 이 현상은 전자 전이에 의해 발생하게 된다. 형광 과정에서 분자가 빛을 흡수하면, 일반적으로 단일항 바닥 상태(S0)에서 첫 번째 들뜬 상태(S1)로 전이되게 된다. 그러나 이때 S1의 바닥 진동 상태가 아닌 더 높은 에너지의 진동 모드를 갖도록 들뜨게 되는데, 이는 전자의 이동속도가 핵에 비해 매우 빠르기 때문에 Franck-Condon 원리에 의해 수직 전이가 일어나기 때문이다. 이후 분자는 Kasha의 법칙에 의해 매우 빠른 속도, 즉 ps 수준의 시간 동안 빠르게 이완하여 S1의 바닥 진동 상태로 돌아간다.

참고자료

· Atkins, P. W.; De Paula, J.; Keeler, J. Atkins’ Physical Chemistry, 11th ed.; Oxford University Press: Oxford, 2019, pp. 462-464.
· Lakowics, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy; Kluwer Academic: New York, 1999, pp. 112-134.
· Jue, T. Biomedical Applications of Biophysics; Springer Science & Business Media, 2010, 119-136.
· Olejko, L.; Bald, I. FRET Efficiency and Antenna Effect in Multi-Color DNA Origami-Based Light Harvesting Systems. RSC Advances 2017, 7 (39), 23924–23934.
· Berg, J. M.; Tymoczko, J. L.; J, G.; Lubert Stryer. Biochemistry; W.H. Freeman/Mcmillan Learning: New York, 2019, pp. 116-117.
· Roth, E.; Glick Azaria, A.; Girshevitz, O.; Bitler, A.; Garini, Y. Measuring the Conformation and Persistence Length of Single-Stranded DNA Using a DNA Origami Structure. Nano Letters 2018, 18 (11), 6703–6709.
· Iqbal, A.; Arslan, S.; Okumus, B.; Wilson, T. J.; Giraud, G.; Norman, D. G.; Ha, T.; Lilley, D. M. J. Orientation Dependence in Fluorescent Energy Transfer between Cy3 and Cy5 Terminally Attached to Double-Stranded Nucleic Acids. Proceedings of the National Academy of Sciences 2008, 105 (32), 11176–11181.
· Moreira, B. G.; You, Y.; Owczarzy, R. Cy3 and Cy5 Dyes Attached to Oligonucleotide Terminus Stabilize DNA Duplexes: Predictive Thermodynamic Model. Biophysical Chemistry 2015, 198, 36–44.
· Belmont, P.; Constant, J. F.; Demeunynck, M. Nucleic Acid Conformation Diversity: From Structure to Function and Regulation. Chemical Society Reviews 2001, 30 (1), 70–81.
· Šimková, E.; Staněk, D. Probing Nucleic Acid Interactions and Pre-MRNA Splicing by Förster Resonance Energy Transfer (FRET) Microscopy. International Journal of Molecular Sciences 2012, 13 (12), 14929–14945.