Ферстерівський перенос енергії

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Ферстерівський перенос енергії (англ. Förster energy transfer) — процес переносу енегрії збудження між двома хромофорами у ближньому полі за рахунок диполь-дипольної взаємодії. Цей принцип часто використовується в біохімії та у цьому випадку зазвичай називається «флюоресцентим резонансним переносом енергії».

Хромофор-донор, що отримує енергію збудження, здатний передавати її хромофору-акцептору, розташованому в безпосередній близькості від нього (зазвичай <10 нм), через безвипромінюванний процес диполь-дипольної взаємодії. Цей процес переносу енергії відомий як ферстерівський перенос, за ім'ям німецького фізика Теодора Ферстера (Theodor Förster)[1]. Якщо обидві молекули флюоресцентні, часто використовується термін «флюоресцентний резонансний перенос енергії», хоча енергія передається без випромінювання, тобто без участі флюоресценції[2][3]. Перенос енергії аналогічний іншим хвильовим процесам, що відбуваються у близькому полі, через те, що відстань між хромофорами набато менша від довжини хвилі світла, таким чином енергія передається за рахунок утворення віртуального фотона, який, проте, є лише формальним об'єктом, що не може прямо спостерігатися.

Фізична природа[ред.ред. код]

Для розрахунку ймовірності переносу збудження між хромофорами, необхідно застосовувати квантову механіку, однак ферстерівський перенос можна якісно зрозуміти, виходячи з класичних міркувань. У класичному підході електронне збудження можна розглядати як коливання певного осцилятора (дивіться Осцилятор Лоренца) з частотою, що відповідає енергії збудження, розділеній на сталу Планка. Такий осцилятор характеризується певним дипольним моментом, що створює навколо себе змінне електричне поле. Коливання електричного поля зумовлюють появу наведеного дипольного моменту в іншому хромофорі, який коливається із тією ж частотою. Якщо енергії збудження двох хромофорів однакові або близькі, виникає резонанс. В результаті утворюється система двох зв'язаних осциляторів. Як відмомо з класичної механіки, якщо в системі двох зв'язаних осциляторів у початковому стані один коливається, а другий непорушний, то згодом вся енергія коливань переходить до іншого осцилятора (дивіться ефект маятників).

Електричне поле диполя спадає з віддаллю від нього, як 1/R^3 , а тому наведений дипольний момент обернено-пропорційний кубу віддалі між хромофорами. Енергія взаємодії дипольних моментів теж обернено-пропорційна кубу віддалі, а тому енергія диполь-дипольної взаємодії обезрнено-пропорційна шостому степеню від віддалі.

Примітки[ред.ред. код]

  1. Förster T. Zwischenmolekulare Energiewanderung und Fluoreszenz, Ann. Physik 1948, 437, 55. doi:10.1002/andp.19484370105
  2. Joseph R. Lakowicz, «Principles of Fluorescence Spectroscopy», Plenum Publishing Corporation, 2nd edition (July 1, 1999)
  3. FRET microscopy tutorial from Olympus


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.