Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Цианины, также называемые тетраметилиндо (ди) -карбоцианинами [1] , определяются как «синтетические красители с общей формулой R2N [CH = CH] nCH = N + R2↔R2N + = CH [CH = CH] nNR2 (n представляет собой небольшое количество), в котором азот и часть сопряженной цепи обычно образуют часть гетероциклической системы, такой как имидазол, пиридин, пиррол, хинолин и тиазол ». [2] Цианины используются в промышленной биотехнологии (маркировка, анализ, биомедицинская визуализация).

Структура [ править ]

Цианины:
I = стрептоцианины,
II = гемицианины,
III = закрытые цианины

Цианины классифицируются по-разному: [3]

  • Стрептоцианины или цианины с открытой цепью :
R 2 N + = CH [CH = CH] n -NR 2 (I)
  • Гемицианины :
Арил = N + = CH [CH = CH] n -NR 2 (II)
  • Цианины с закрытой цепью :
Арил = N + = CH [CH = CH] n -N = Арил (III)

Дополнительно признаются эти классы: [4]

  • Нейтроцианины :
R 2 N + = CH [CH = CH] n -CN и R 2 N + = CH [CH = CH] n -CHO
  • Апоцианины

где два четвертичных атома азота соединены полиметиновой цепью. [5] Оба атома азота могут каждый независимо быть частью гетероароматической группы , такой как пиррол , имидазол , тиазол , пиридин , хинолин , индол , бензотиазол и т. Д.

История и использование в промышленности [ править ]

Цианины были впервые синтезированы более века назад. Первоначально они использовались и используются для увеличения диапазона чувствительности фотоэмульсий , то есть для увеличения диапазона длин волн, которые будут формировать изображение на пленке, делая пленку панхроматической . [4] Цианины также используются в носителях CD-R и DVD-R . Используемые в основном зеленые или голубые по цвету и химически нестабильны. По этой причине нестабилизированные цианиновые диски не подходят для архивных CD и DVD. Последние цианиновые диски содержат стабилизаторы, которые значительно замедляют износ. Эти диски часто рассчитаны на срок хранения в архиве 75 лет и более. Другие красители, используемые в CD-R:фталоцианин и азо .

Использование в биотехнологии [ править ]

Для применения в биотехнологии специальные цианиновые красители синтезируются из 2, 3, 5 или 7 -метиновых структур с реактивными группами на одном или обоих концах азота, так что они могут быть химически связаны либо с нуклеиновыми кислотами, либо с молекулами белка . Маркировка выполняется для целей визуализации и количественной оценки. Биологические приложения включают сравнительную геномную гибридизацию и генные чипы , которые используются в транскриптомике , а также различные исследования в области протеомики, такие как локализация РНК, [6] исследования молекулярного взаимодействия с помощью переноса энергии флуоресценции ( FRET ) и флуоресцентные иммуноанализы .

Цианиновые красители доступны с различными модификациями, такими как метильные, этильные или бутильные заместители, карбоксильные, ацетилметокси и сульфогруппы, которые изменяют их гидрофильность. [7]

ЗондEx (нм)Em (нм)МВтКвантовый выход
Cy2489506714QY 0,12
Cy3(512); 550570; (615)767QY 0,15 [8] *
Cy3B558572; (620)658QY 0,67
Cy3.5581594; (640)1102QY 0,15
Cy5(625); 650670792QY 0,27 [8]
Cy5.56756941128QY 0,28 [9]
Cy7743767818QY 0,28

Ex (нм): длина волны возбуждения в нанометрах
Em (нм): длина волны излучения в нанометрах
MW: молекулярный вес
QY: квантовый выход

* Сильно зависит от вязкости, температуры и биомолекулярных взаимодействий. [10]

Общие цианиновые красители и их использование [ править ]

Поскольку они дают более яркую и стабильную флуоресценцию, цианины могут успешно заменять обычные красители, такие как флуоресцеин и родамины .

  • Cy3 и Cy5 являются наиболее популярными, обычно используются в сочетании для обнаружения двух цветов.

Cy3 флуоресцирует зеленовато-желтым ( возбуждение ~ 550 нм , эмиссия ~ 570 нм), а Cy5 флуоресцирует в красной области (возбуждение ~ 650, эмиссия 670 нм). [11] Cy3 может быть обнаружен различными флуорометрами, тепловизорами и микроскопами со стандартными фильтрами для тетраметилродамина (TRITC). Благодаря высокому коэффициенту молярной экстинкции этот краситель также легко обнаруживается невооруженным глазом на гелях для электрофореза и в растворах. Cy5 стал популярной заменой флуоресцентных красителей дальнего красного цвета из-за его высокого коэффициента экстинкции (всего 1 наномоль можно обнаружить при гель-электрофорезе невооруженным глазом) и его максимума излучения флуорофора в красной области, где многие детекторы CCD имеют максимальную чувствительность, а биологические объекты дают низкий уровень фоновых помех.

Сканеры фактически используют различные длины волн лазерного излучения (обычно 532 нм и 635 нм ) и длины волн фильтра (550-600 нм и 655-695 нм ), чтобы избежать фонового загрязнения. Таким образом, они могут легко отличать цвета от Cy3 и от Cy5, а также могут количественно определять количество меток Cy3 и Cy5 в одном образце (многопараметрическое обнаружение).

  • Пригодятся и другие цианиновые красители:

Cy3.5 может заменить сульфорамин 101.

Cy5.5 представляет собой краситель, излучающий флуоресценцию в ближней инфракрасной области (ИК) (максимум возбуждения / испускания 678/694 нм).

Cy7 - это флюор ближнего ИК-диапазона, невидимый невооруженным глазом (максимум возбуждения / излучения 750/776 нм). Он используется в приложениях для визуализации in vivo , а также в качестве красителя Cy7.5.

Сульфо -Cyanine красители иметь один или два сульфогруппы, что делает краситель Су растворимой в воду, но три- и QUADRI-сульфированные формы доступны для еще более высокой растворимости в воде. [7] ПЭГилирование - это еще одна модификация, которая придает гидрофильность не только красителю, но и меченному конъюгату.

Номенклатура и структура [ править ]

Номенклатура Cy3 и Cy5 была впервые предложена Ernst et al. [5] в 1989 г. и является нестандартным, поскольку не дает намеков на их химическое строение. В исходной статье число обозначало количество метинов (как показано), а боковые цепи не были указаны. Из-за этой неоднозначности различные структуры обозначаются в литературе Cy3 и Cy5. В группах R не должны быть одинаковыми. В используемых красителях они представляют собой короткие алифатические цепи, одна или обе из которых оканчиваются высокореакционноспособным фрагментом, таким как N-гидроксисукцинимид или малеимид .

Альтернативы [ править ]

Было разработано множество аналогов стандартных красителей Cy 2/3 / 3,5 / 5 / 5,5 / 7 / 7,5 с использованием разнообразных модификаций: красители Alexa Fluor , Dylight , красители FluoProbes, красители Sulfo Cy, [12] красители Seta, [13] красители IRIS. от Cyanine Technologies [14] и др. могут использоваться взаимозаменяемо с красителями Cy в большинстве биохимических приложений с заявленными улучшениями растворимости, флуоресценции или фотостабильности. [15] [16]

Хотя патентная защита стандартной серии красителей Cy истекла, название Cy остается в силе. Следовательно, сейчас продаются красители, которые идентичны красителям Cy, но имеют разные названия.

Приложения [ править ]

Цианобактерии окрашивали зеленый с цианиновым красителем

Цианиновые красители используются для маркировки белков, антител, пептидов, зондов нуклеиновых кислот и любых других биомолекул, которые могут использоваться в различных методах обнаружения флуоресценции: проточная цитометрия , микроскопия (в основном видимый диапазон, но также УФ , ИК ), микропланшет. анализы, микроматрицы , а также «светящиеся зонды» и визуализация in vivo. [17] </ref>

Маркировка нуклеиновых кислот [ править ]

В экспериментах с микрочипами ДНК или РНК метят либо Cy3, либо Cy5, который был синтезирован с реакционноспособной группой N-гидроксисукцинимидилового эфира ( NHS- эфира). Поскольку сложные эфиры NHS легко реагируют только с алифатическими аминогруппами , которые отсутствуют в нуклеиновых кислотах, нуклеотиды необходимо модифицировать аминоаллильными группами. Это достигается путем включения аминоаллил-модифицированных нуклеотидов во время реакций синтеза. Хорошее соотношение - метка каждые 60 оснований, чтобы метки не располагались слишком близко друг к другу, что могло бы привести к эффектам гашения .

Маркировка белков [ править ]

Для маркировки белков красители Cy3 и Cy5 иногда несут сукцинимидильную группу для реакции с аминами или малеимидную группу для реакции с сульфгидрильной группой остатков цистеина.

Cy5 чувствителен к своему электронному окружению. Изменения в конформации белка, к которому он присоединен, приведет либо к усилению, либо к подавлению излучения. Скорость этого изменения может быть измерена для определения кинетических параметров фермента. Красители можно использовать для аналогичных целей в экспериментах FRET .

Cy3 и Cy5 используются в протеомных экспериментах, так что образцы из двух источников можно смешивать и обрабатывать вместе в процессе разделения. [18] [19] Это устраняет вариации из-за различных экспериментальных условий, которые неизбежны, если образцы запускались отдельно. Эти вариации делают чрезвычайно трудным, если не невозможным, использование компьютеров для автоматизации сбора данных после завершения разделения. Использование этих красителей упрощает автоматизацию.

Этимология [ править ]

Слово цианин происходит от английского слова «голубой», который обычно означает оттенок сине-зеленый (близкий к «аква») и происходит от греческого κυάνεος / κυανοῦς kyaneos / kyanous , что означает несколько иной цвет: «темно - синий ".

Ссылки [ править ]

  1. ^ Квач, Максим В .; Устинов, Алексей В .; Степанова Ирина А .; Малахов, Андрей Д .; Скоробогатый, Михаил В .; Шманай, Вадим В .; Коршун, Владимир А. (2008). «Удобный синтез цианиновых красителей: реагенты для маркировки биомолекул» . Европейский журнал органической химии . 2008 (12): 2107–2117. DOI : 10.1002 / ejoc.200701190 . ISSN  1099-0690 .
  2. ^ "Цианиновые красители" .
  3. ^ Ким, Ынха; Пак, Сын Бом (2010). «Открытие новых синтетических красителей: целевой синтез или комбинаторный подход?» . В Демченко, Александр Петрович (ред.). Продвинутые репортеры флуоресценции в химии и биологии I: основы и молекулярный дизайн, том 8 серии Springer по флуоресценции . Берлин: Springer. п. 172. ISBN. 9783642047022.
  4. ^ a b Бернет, Хорст (2008). «Метиновые красители и пигменты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a16_487.pub2 .
  5. ^ а б Эрнст Л.А., Гупта Р.К., Муджумдар РБ, Вагонер А.С. (январь 1989 г.). «Реагенты для маркировки цианиновых красителей для сульфгидрильных групп». Цитометрия . 10 (1): 3–10. DOI : 10.1002 / cyto.990100103 . PMID 2917472 . 
  6. ↑ Blower MD, Feric E, Weis K, Heald R (декабрь 2007 г.). «Полногеномный анализ демонстрирует консервативную локализацию информационных РНК в митотических микротрубочках» . Журнал клеточной биологии . 179 (7): 1365–73. DOI : 10,1083 / jcb.200705163 . PMC 2373496 . PMID 18166649 .  
  7. ^ a b ЦИАНИНОВЫЕ красители
  8. ^ a b Муджумдар Б., Эрнст А., Муджумдар С.Р., Льюис С.Дж., Вагонер А.С. (март 1993 г.). «Реагенты для маркировки цианиновых красителей: сульфоиндоцианинсукцинимидиловые эфиры». Биоконъюгатная химия . 4 (2): 105–111. DOI : 10.1021 / bc00020a001 . PMID 7873641 . 
  9. ^ Умэдзава К, Мацуи А, Накамура Y, Читтерио D, Suzuki К (2009). «Яркие флуоресцентные красители с настраиваемой цветопередачей в области Vis / NIR: создание новых многоцветных флуорофоров на основе бордипиррометена». Химия . 15 (5): 1096–106. DOI : 10.1002 / chem.200801906 . PMID 19117043 . 
  10. ^ Levitus, Марсия; Ранджит, Суман (2011). «Цианиновые красители в биофизических исследованиях: фотофизика полиметиновых флуоресцентных красителей в биомолекулярных средах» . Ежеквартальные обзоры биофизики . 44 (1): 123–151. DOI : 10.1017 / S0033583510000247 . ISSN 1469-8994 . PMID 21108866 .  
  11. ^ Джексон ImmunoResearch. «Цианиновые красители (Cy2, Cy3 и Cy5)» . Проверено 31 октября 2008 .
  12. ^ "Cyandye, LLC" . Архивировано из оригинала на 2018-10-03 . Проверено 1 ноября 2013 .
  13. ^ SETA BioMedicals
  14. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2015-01-26 . Проверено 26 января 2015 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  15. ^ FluoProbes488 сравнение с FITC, Cyanine2
  16. ^ Сравнение FluoProbes547H в конфокальной микроскопии
  17. ↑ Armitage, Брюс А. (27 января 2005 г.). «Взаимодействие цианинового красителя с ДНК: интеркаляция, связывание канавок и агрегация». Связующие ДНК и связанные предметы . Темы современной химии . 253 . С. 55–76. DOI : 10.1007 / b100442 . ISBN 978-3-540-22835-6.
  18. ^ Ünlü M, Morgan ME, Minden JS (октябрь 1997). «Различный гель-электрофорез: метод одного геля для обнаружения изменений белковых экстрактов». Электрофорез . 18 (11): 2071–7. DOI : 10.1002 / elps.1150181133 . PMID 9420172 . S2CID 604007 .  
  19. ↑ Остерман И.А., Устинов А.В., Евдокимов Д.В., Коршун В.А., Сергиев П.В., Серебрякова М.В., Демина И.А., Галямина М.А., Говорун В.М., Донцова О.А. (январь 2013 г.). «Новое исследование протеома, сочетающее химию щелчков с 2DE» (PDF) . Протеомика . 13 (1): 17–21. DOI : 10.1002 / pmic.201200393 . PMID 23161590 . Архивировано из оригинального (PDF) 30 июня 2015 года . Проверено 27 июня 2015 .  

Внешние ссылки [ править ]