FRET

FRET eli Försterin resonanssienergiansiirto eli fluoresenssi-resonanssi-energiansiirto (engl. Förster resonance energy transfer tai fluorescent resonance energy transfer) on valokemiallinen ilmiö, jossa virittynyt molekyyli siirtää energiansa toiselle, riittävän lähellä olevalle molekyylille.^lähde?

Fluoresenssi-resonanssi-energiansiirtoa kuvaava Jablonskin diagrammi

Nimi

FRET on saanut nimensä saksalaisen fyysikon Theodor Försterin mukaan. Muotoa fluoresenssi-resonanssi-energiansiirto käytetään runsaasti tieteellisessä kirjallisuudessa, mutta tarkkaan ottaen se kuvaa vain FRET:in erikoistapausta, jossa sekä energiaa luovuttava (donori) että vastaanottava (akseptori) molekyyli ovat fluoresoivia. FRET esiintyy myös muissa yhteyksissä, esim. fosforesenssissa.^lähde?

Energiansiirto

Virittynyt molekyyli voi siirtää energiansa toiselle molekyylille, jos ne ovat riittävän lähellä toisiaan (~30-60 Å^[1]). Kyseessä on säteilemätön (ei-radiatiivinen) siirtymä, jossa ei emittoidu fotonia, vaan energia siirtyy dipoli-dipoli-vuorovaikutuksen kautta^[1]. Se voi tapahtua, jos donorin emissiospektri osuu osittain päällekkäin akseptorin absorptiospektrin kanssa. Tällöin kummankin molekyylin vibraatiotilojen väliset energiat ovat käytännössä samat, eli ne ovat resonanssissa.^lähde?

Energiansiirron nopeutta kuvaa seuraava yhtälö^[1]:

${\displaystyle k_{\text{ET}}={\frac {1}{\tau _{D}}}\,({\frac {R_{0}}{r}})^{6}}$

missä τ_D on donorin fluoresenssin elinaika, R₀ on Försterin säde eli etäisyys, missä energiansiirron tehokkuus on 50%, ja r on etäisyys donorin ja akseptorin välillä.

Tästä voidaan johtaa yhtälö energiansiirron tehokkuudelle^[1], eli sen kvanttisuhteelle E:

${\displaystyle E={\frac {R_{0}^{6}}{R_{0}^{6}+r^{6}}}}$

Nähdään, että siirron tehokkuus on kääntäen riippuvainen molekyylien välisen etäisyyden kuudenteen potenssiin, eli se heikkenee erittäin nopeasti etäisyyden kasvaessa.^lähde?

Merkitys

FRET:illä on monia käyttökohteita solubiologiassa, biokemiassa ja biofysiikassa.

Sitä käytetään usein proteiinien vuorovaikutusten seuraamiseen. FRET soveltuu myös proteiinin rakenneosien välisten etäisyyksien määrittämiseen: proteiinin eri osat leimataan fluoresoivilla molekyyleillä, ja niiden emissioista voidaan määrittää etäisyys. Tätä voidaan käyttää proteiinin konformaation määrittämiseen ja funktionaalisten muutoksien seuraamiseen proteiinin rakenteessa.^[2]

FRET soveltuu myös DNA:n ja RNA:n analysoinnissa^[3][4]; solukalvojen ja muiden membraanien tutkimiseen^[5]; sitä voidaan käyttää kemosensoreissa joilla tarkastellaan solunsisäisiä molekyylejä ja reaktioita^[6] sekä tutkia biokemiallisten reaktioiden kinetiikkaa.^[7]