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Forschung

Einzelmolekül Förster-Resonanz Energie Transfer (smFRET)

1948 sagte Theodor Förster voraus, dass ein angeregtes Donor-Fluorophor seine Energie auf einen spektral überlappenden Akzeptor übertragen kann, wenn sich die beiden Farbstoffe in unmittelbarer Nähe (2-10 nm) zueinander befinden. Diese Energieübertragung  (Förster Resonanz Energie Transfer) folgt einer starken Abstandsabhängigkeit von 1/r6, und ermöglicht es, die Dynamik der Ribozymkatalyse zu untersuchen sowie Konformationsänderungen in Metaboliten-empfindlichen Riboschaltern zu beobachten. Die Untersuchung biomolekularer Prozesse auf Einzelmolekülebene hat zwei entscheidende Vorteile gegenüber Ensemble-Ansätzen: (i) Sub-Ensemble-Heterogenitäten werden aufgelöst, die sich sonst herausmitteln würden. (ii) Die Kinetik kann aus Gleichgewichtsexperimenten gewonnen werden, ohne dass das Moleküleensemble synchronisiert werden müsste. Wir haben dreifarbenbasiertes smFRET in ein TIRF-Mikroskop (Total Internal Reflection Fluorescence) implementiert, das stroboskopische alternierende Laseranregung (sALEX) verwendet, um Dutzende von RNA-Molekülen parallel mit Zeitauflösungen von bis zu 1 ms zu überwachen.

Time-Correlated Single Photon Counting (TCSPC)

Es ist bekannt, dass Fluorophorphotophysik den FRET Effekt auf verschiedene Weise beeinflussen kann. Umgebungsempfindliche Sonden-Farbstoffe wie Carbocyanine ändern ihre Fluoreszenzlebensdauer, Quantenausbeute und dynamische Anisotropie entsprechend der Neigung zur photoinduzierten cis-trans-Isomerisierung. Zeitkorrelierte Einzelphotonen-Messungen (TCSPC) werden in unserem Labor routinemäßig durchgeführt, um solche photophysikalischen Effekte zu charakerisieren, die allgemein als RNA-induzierte Fluoreszenzverstärkung (RIFE) bezeichnet werden.