FRET

Fluoresenssi-resonanssi-energiansiirtoa kuvaava Jablonskin diagrammi

FRET eli Försterin resonanssienergiansiirto tai 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.

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.

Energiansiirto

Virittynyt molekyyli voi siirtää energiansa toiselle molekyylille, jos ne ovat riittävän lähellä toisiaan (~30-60 Å). Kyseessä on säteilemätön (ei-radiatiivinen) siirtymä, jossa ei emittoidu fotonia, vaan energia siirtyy dipoli-dipoli-vuorovaikutuksen kautta. 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.

Energiansiirron nopeutta kuvaa seuraava yhtälö:

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

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, eli sen kvanttisuhteelle E:

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

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

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.

FRET soveltuu myös DNA:n ja RNA:n analysoinnissa; solukalvojen ja muiden membraanien tutkimiseen; sitä voidaan käyttää kemosensoreissa joilla tarkastellaan solunsisäisiä molekyylejä ja reaktioita sekä tutkia biokemiallisten reaktioiden kinetiikkaa.