Fluorescence Spectroscopy: Advanced methods and their defined applications in protein science

Abstract

Pro správnou funkci biomolekul je zásadní jejich hydratace a dynamika. V této disertační práci bylo vyvinuto a aplikováno několik různých fluorescenčních technik pro zkoumání vlastností a jejich změn během vzájemných interakcí biomolekul. Jako první byla použita solvatační relaxační technika založená na časově-rozlišeném fluorescenčním posunu ke studiu interakcí DNA s proteiny a lipidy pomocí nově syntetizovaného fluorenového fluoroforu kovalentně navázaného na DNA. Druhá studie pomocí Badanu navázaného na klíčový cystein-proline- cystein motiv zkoumá ATPázu transportující měděné ionty, pro jejíž funkci se ukázalo být důležité vytváření různých stupňů hydratace. Další studie, která se detailně zabývá zhášením Badanu a Prodanu, odhalila limity časově-rozlišeného fluorescenčního posunu, což je podstatné pro další aplikace této metody. Čtvrtá studie se pomocí fluorescenční up-konverzní metody zabývá efektem "těžkých atomů" na relaxaci excitovaného stavu metalovaných corrolů, které se jeví jako velmi slibné fluorofory v biologické zobrazování. Výsledky této studie pomohou v dalším ladění požadovaných optických vlastností corrolů, vyvíjených pro nejrůznější aplikace. Jako poslední byla využita fluorescenční korelační spektroskopie pro studium kooperačních efektů dvou antimikrobiálních peptidů, PGLa a...

The hydration and dynamics of the biomolecules appear to be vital for their proper biological functioning. In the presented thesis, various fluorescence techniques were developed and applied to access these properties and their changes upon the mutual interactions of the biomolecules. Initially, the solvent relaxation method based on recording time-dependent fluorescence shift (TDFS) was used to map DNA interactions with proteins and lipids by the newly synthesised fluorene dye covalently bound to the DNA. Secondly, copper-transporting ATPase was probed by Badan attached to the copper-binding cysteine-proline-cysteine motif. The variations in hydration were found to be crucial for the proper ATPase function. Third, a detailed study on quenching of Badan/Prodan fluorescence by tryptophan revealed the limitations of the TDFS method for protein studies, which is essential finding for further applications of TDFS. Fourth application involves investigations of heavy atom effects on the excited state relaxation processes by up-conversion approach in iodinated metallocorroles, which are promising dyes for biological imaging. The obtained findings shall help in further tuning of the optical properties of the corroles desired for the variety of applications. Finally, fluorescence correlation spectroscopy...