Influence of the microenvironment dynamics of tryptophan on its fluorescence parameters at different temperatures

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The temperature dependences of the fast and slow fluorescence decay components of aqueous solution of tryptophan molecules after freezing to -170°C - 20°C under actinic light and in the dark were investigated. A model of the direct and reverse electronic transitions from an excited state to the ground state and to the state with charge transfer for a tryptophan molecule was used to perform quantitative analysis. Three main spectral regions of tryptophan fluorescence are shown, they differ in the behavior of the temperature dependences depicted for the rates of transition from the excited state of tryptophan to the state with charge transfer. It has been shown that the dynamics of the hydrogen bonded system plays a key role in this transition. The system of hydrogen bonding determines the nonlinear nature in tryptophan fluorescence in the selected spectral regions. The non-linear behavior of the fluorescence lifetime and fluorescence spectra with temperature change is determined by the type of the interaction of tryptophan with water and ice. It has been found that temperature rearrangements play a critical role in hydrogen bonding structure of H2O 2 that surrounds a tryptophan molecule in the excited state.

About the authors

V. V Gorokhov

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

P. P Knox

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

B. N Korvatovsky

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

S. N Goryachev

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

V. Z Paschenko

Lomonosov Moscow State University

Email: vz.paschenko@gmail.com
Moscow, Russia

A. B Rubin

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

References

  1. J. L.Dashnau, B. Zelent, and J. M. Vanderkooi, Biophys. Chem., 114, 71 (2005).
  2. D. E. Schlamadinger, J. E. Gable, and J. E. Kim, J. Phys. Chem. B, 113, 14769 (2009).
  3. Э. А. Бурштейн, Молекуляр. биология, 17, 455 (1983).
  4. A. G. Szabo and D. M. Rayner, J. Am. Chem. Soc., 102, 554 (1980).
  5. J. R. Lakowicz, Principles of fluorescence spectroscopy, 3nd ed. (Springer, New York, 2006).
  6. P. D. Adams, Y. Chen, K. Ma et al., J. Am. Chem. Soc., 124, 9278 (2002).
  7. J. A. Ross and D. M. Jameson, Photochem. Photobiol. Sci., 7, 1301 (2008).
  8. P. P. Knox, E. P. Lukashev, V. V. Gorokhov, et al., J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 189, 145 (2018).
  9. P. P. Knox, V. V. Gorokhov, B. N. Korvatovsky, et al. J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry, 393, 112435 (2020).
  10. В. В. Горохов, Б. Н. Корватовский, П. П. Нокс и др., Докл. РАН. Науки о жизни, 498, 19 (2021).
  11. В. З. Пащенко, В. В. Горохов, Б. Н. Корватовский и др., Биофизика, 66, 354 (2021).
  12. J. Pieper, Th. Hauss, A. Buchsteiner, et al., Biochemistry, 46, 11398 (2007).
  13. W. Doster, Eur. Biophys., J. 37, 591 (2008).
  14. K. L. Han and G. J. Zhao, Hydrogen Bonding and Transfer in the Excited State (John Wiley & Sons Ltd., Chichester, UK, 2011).
  15. H. Liu, H. Zhang, and B. Jin. Spectrochim. Acta. Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 106, 54 (2013).
  16. Р. Блинц и Б. Жекш, Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. Динамика решетки (Мир, М., 1975).
  17. K. Vandewal, Annu. Rev. Phys. Chem., 67, 113 (2016).
  18. M. G. Muller, K. Griebenow, and A. R. Holzwarth, Chem. Phys. Lett., 199, 465 (1992).
  19. Y. Miloslavina, M. Szczepaniak, M. G. Muller, et al. Biochemistry, 45, 2436 (2006).
  20. R. A. Marcus and N. Sutin, Biochim. Biophys. Acta, 811, 265 (1985).
  21. P. M. Krasilnikov, P. P. Knox, and A. B.Rubin, Photochem. Photobiol. Sci., 8, 181 (2009).
  22. А. Б. Рубин, Биофизика (М., 2013), т. 3.
  23. В. И. Лобышев, Б. Д. Рыжиков и Р. Э. Шихлинская, Биофизика, 43 (4), 710 (1998).
  24. S. Pershin and A. Bunkin, Laser Physics, 19, 1410 (2009). DOI: 10.1134/ S1054660X0907007X
  25. K. B. Jinesh and J. W. M. Frenken, Appl. Phys. Lett., 101, 036101 (2008).
  26. J. Davis, K. Gierszal, P. Wang, and D. Ben-Amotz, Nature, 491, 582 (2012). doi: 10.1038/nature11570

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».