Energy transfer and frequency upconversion involving triads of Pr3+ ions in (Pr3+, Gd3+) doped fluoroindate glass

Blue and ultraviolet luminescence in (Pr3+, Gd3+) doped fluoroindate glass is studied for excitation in the red region (≈590 nm). Frequency upconversion (UC) is observed due to energy transfer (ET) among three Pr3+ ions initially excited to the D21 state corresponding to the ET process D21 + D21 + D21 → S01 + H53 + H53. Additionally, UC luminescence from states P 72 6 and I 72 6 of Gd3+ is observed for an excitation wavelength resonant with transitions of the Pr3+ ions. The characterization of the luminescence signals allowed to determine ET rate among the Pr3+ ions and provides evidence of interconfigurational ET between Gd3+ and Pr3+ ions. © 2006 American Institute of Physics.

Sínteses e estudos dos diferentes peptídeos de fusão dos flavivirus causadores da dengue

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Thoughts on the diversity of convergent evolution of bioluminescence on earth

The widespread independent evolution of analogous bioluminescent systems is one of the most impressive and diverse examples of convergent evolution on earth. There are roughly 30 extant bioluminescent systems that have evolved independently on Earth, with each system likely having unique enzymes responsible for catalysing the bioluminescent reaction. Bioluminescence is a chemical reaction involving a luciferin molecule and a luciferase or photoprotein that results in the emission of light. Some independent systems utilize the same luciferin, such as the use of tetrapyrrolic compounds by krill and dinoflagellates, and the wide use of coelenterazine by marine organisms, while the enzymes involved are unique. One common thread among all the different bioluminescent systems is the requirement of molecular oxygen. Bioluminescence is found in most forms of life, especially marine organisms. Bioluminescence in known to benefit the organism by: attraction, repulsion, communication, camouflage, and illumination. The marine ecosystem is significantly affected by bioluminescence, the only light found in the pelagic zone and below is from bioluminescent organisms. Transgenic bioluminescent organisms have revolutionized molecular research, medicine and the biotechnology industry. The use of bioluminescence in studying molecular pathways and disease allows for non-invasive and real-time analysis. Bioluminescence-based assays have been developed for several analytes by coupling luminescence to many enzyme-catalysed reactions. Received 17 February 2012, accepted 27 March 2012, first published online 2 May 2012

Electronic energy transfer processes and charge carrier transport in pi-conjugated polymers

Conjugated polymers have attracted tremendous academical and industrial research interest over the past decades due to the appealing advantages that organic / polymeric materials offer for electronic applications and devices such as organic light emitting diodes (OLED), organic field effect transistors (OFET), organic solar cells (OSC), photodiodes and plastic lasers. The optimization of organic materials for applications in optoelectronic devices requires detailed knowledge of their photophysical properties, for instance energy levels of excited singlet and triplet states, excited state decay mechanisms and charge carrier mobilities. In the present work a variety of different conjugated (co)polymers, mainly polyspirobifluorene- and polyfluorene-type materials, was investigated using time-resolved photoluminescence spectroscopy in the picosecond to second time domain to study their elementary photophysical properties and to get a deeper insight into structure-property relationships. The experiments cover fluorescence spectroscopy using Streak Camera techniques as well as time-delayed gated detection techniques for the investigation of delayed fluorescence and phosphorescence. All measurements were performed on the solid state, i.e. thin polymer films and on diluted solutions. Starting from the elementary photophysical properties of conjugated polymers the experiments were extended to studies of singlet and triplet energy transfer processes in polymer blends, polymer-triplet emitter blends and copolymers. The phenomenon of photonenergy upconversion was investigated in blue light-emitting polymer matrices doped with metallated porphyrin derivatives supposing an bimolecular annihilation upconversion mechanism which could be experimentally verified on a series of copolymers. This mechanism allows for more efficient photonenergy upconversion than previously reported for polyfluorene derivatives. In addition to the above described spectroscopical experiments, amplified spontaneous emission (ASE) in thin film polymer waveguides was studied employing a fully-arylated poly(indenofluorene) as the gain medium. It was found that the material exhibits a very low threshold value for amplification of blue light combined with an excellent oxidative stability, which makes it interesting as active material for organic solid state lasers. Apart from spectroscopical experiments, transient photocurrent measurements on conjugated polymers were performed as well to elucidate the charge carrier mobility in the solid state, which is an important material parameter for device applications. A modified time-of-flight (TOF) technique using a charge carrier generation layer allowed to study hole transport in a series of spirobifluorene copolymers to unravel the structure-mobility relationship by comparison with the homopolymer. Not only the charge carrier mobility could be determined for the series of polymers but also field- and temperature-dependent measurements analyzed in the framework of the Gaussian disorder model showed that results coincide very well with the predictions of the model. Thus, the validity of the disorder concept for charge carrier transport in amorphous glassy materials could be verified for the investigated series of copolymers.

Identifizierung und Charakterisierung von Interaktionspartnern des synaptischen Vesikelproteins Synaptophysin

Die neuronale Signalübertragung beruht auf dem synaptischen Vesikelzyklus, der durch das koordinierte Zusammenspiel von circa 400 verschiedenen Proteinen reguliert wird. Eines der Hauptproteine des synaptischen Vesikels ist Synaptophysin (SYP), das zu den tetraspan vesicle membrane proteins (TVPs) gehört. Es wird vermutet, dass es zahlreiche Funktionen der Exo- und Endozytose moduliert, wenngleich die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen bisher größtenteils unverstanden sind. Ziel der Arbeit war daher die Identifizierung von Interaktionspartnern von SYP, um zum Verständnis der vielen ungeklärten Prozesse im synaptischen Vesikelzyklus beizutragen. Mit dem Split-Ubiquitin Yeast Two-Hybrid System, das eine direkte in vivo Interaktion von Membranproteinen erlaubt, konnten in der vorliegenden Arbeit bekannte, aber auch neue SYP-Bindungspartner identifiziert werden. Ein bekannter Interaktionspartner war Synaptobrevin2 (SYB2), das zu den stärksten im Split-Ubiquitin Y2H System identifizierten Bindeproteinen zählt. Zu den neuen starken SYP-Interaktionspartnern gehören die TVPs Synaptogyrin3 (SYNGR3) und SCAMP1. Somit konnten erstmals heterophile Interaktionen zwischen den verschiedenen TVP-Genfamilien nachgewiesen werden, die für eine universelle Funktion der TVPs sprechen. Die Validierung der im Split-Ubiquitin Y2H System ermittelten Interaktionspartner wurde auf eine Auswahl von Proteinen beschränkt, die vermutlich am synaptischen Vesikelzyklus beteiligt sind. Dabei konnte eine immunhistologische Kolokalisierung von SYP mit SYB2, SYNGR3, SCAMP1, Stathmin-like3 (STMN3), Rho family GTPase2 (RND2), Phospholipid transfer protein, Vesicle transport through interaction with t-SNAREs 1B homolog, Arfaptin2 und Profilin1 in den Synapsen-reichen Schichten der Retina beobachtet werden. Die SYP/SYB2- und SYP/SYNGR3-Komplexe konnten zudem sowohl aus Synaptosomen-Lysat als auch aus cDNA-transfizierten Epithelzellen koimmunpräzipitiert werden, wohingegen dies für die anderen Interaktionspartner nicht gelang. Da Koimmunpräzipitation die Struktur der Proteine durch Solubilisierung mit Detergenzien beeinflusst, wurden die in der Hefe beobachteten Interaktionen noch mittels Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer überprüft, mit dem Proteinwechselwirkungen in der nativen Umgebung nachgewiesen werden können. Ein positives FRET-Signal konnte für SYP mit SYB2, SYP, SYNGR3, SCAMP1, STMN3, RND2 und Arfaptin2 detektiert werden, lediglich für SYP mit Phospholipase D4 (PLD4) gelang dieser Nachweis nicht. Ferner zeigten FRET-Analysen von Synaptophysin-Mutanten, dass der zytoplasmatische C-Terminus für die Interaktion mit zytoplasmatischen und membranassoziierten Proteinen benötigt wird. Durch in vivo FRET-Studien mit der SH2-Domäne der Src-Kinase, die an phosphorylierte Tyrosine bindet, konnte eine Tyrosin-Phosphorylierung des zytoplasmatischen C-Terminus von Synaptophysin und von Synaptogyrin3 detektiert werden. Viele der neu identifizierten Synaptophysin-Interaktionspartner sind im Lipid-Metabolismus involviert. Vermutlich rekrutiert der zytoplasmatische und durch Phosphorylierung modifizierbare C-Terminus diese Partner in spezifische Lipoproteindomänen, die an der Feinabstimmung der synaptischen Vesikelendo- und -exozytose beteiligt sind.

Untersuchungen über ADAMTS13 in Gerinnungsfaktorpräparaten

Zusammenfassung rnIn der vorliegenden Arbeit wurden sechs VWF/FVIII Gerinnungsfaktorkonzentrate unterschiedlicher Chargen auf ihre ADAMTS13 Aktivität, Antigen und VWF Multimere untersucht. Grund dafür ist die Annahme, dass bei der Aufkonzentrierung des VWFs möglicherweise auch erhöhte Mengen an ADAMTS13 vorhanden sind. Wäre dies nachweisbar, könnten die entsprechenden Konzentrate auch Anwendung bei TTP Patienten finden. Neben den Gerinnungsfaktorkonzentraten wurden ebenfalls die zur Plasmapherese verwendeten Therapeutika FFP und s/d Plasma analysiert. Es soll getestet werden, ob Unterschiede hinsichtlich der Qualität zwischen den Präparaten bestehen und inwiefern die Blutgruppen eine Auswirkung auf die ADAMTS13 Aktivität/Antigen haben. Überdies wurde die Bedeutung von ADAMTS13 als wichtiges diagnostisches Merkmal im Rahmen der Gegenüberstellung von Patienten mit thrombotischen Mikroangiopathien erörtert. Alle angewandten Methoden wurden zudem kritisch miteinander verglichen und auf ihre Eignung für die klinische Diagnostik getestet. Zur Untersuchung der ADAMTS13 Aktivität kamen drei unterschiedliche Methoden zur Anwendung, die BCS-Methode nach Böhm und zwei FRET Kits (Technozym®ADAMTS13/ActifluorTMADAMTS13). Für die Bestimmung des ADAMTS13 Antigen wurde das Technozym®ADAMTS13 Kit verwendete als auch der Imubind®ELISA angewendet. Mittels der SDS-Gelelektrophorese konnten die VWF Multimere dargestellt werden. Die Untersuchungen konnten zeigen, dass nur in Haemate®P, deutlich höhere ADAMTS13 Aktivitäten (12,3% bzw. 470ng/ml) sowie ein physiologische Antigenwerte vorlagen. Die anderen Faktorkonzentrate wiesen entweder nur sehr geringe bzw. keine Aktivitäten auf. Das Antigen lag bei allen Konzentraten im nachweisbaren Bereich. Folglich ist ein Einsatz von Haemate®P bei der Therapie der TTP, insbesondere bei hereditären Formen sowie bei Kindern, die durch eine Plasmapherese stark belastet werden, und bei Schwangeren, könnten, in Erwägung zu ziehen und innerhalb der Klinik zu testen. Die Plasmapräparate FFP und Octaplas® wiesen in allen Untersuchungen ADAMTS13 Aktivitäten und Antigen im mittleren bis hohen physiologischen Bereich auf. Insbesondere bei Blutgruppe 0 ließ sich beiden Präparaten eine höhere ADAMTS13 Aktivität und Antigen gegenüber den drei anderen Blutgruppen darstellen. Insgesamt waren die interindividuellen Schwankungen bei FFP deutlich höher als bei Octaplas®, was sich in der unterschiedlichen Herstellung der Präparate begründen lässt. Octaplas® ist also genauso geeignet zur Plasmapherese bei der TTP wie FFP, kann jedoch aufgrund seiner intensiveren Virusinaktivierung eine größere Sicherheit aufweisen und stellt sich auch in der Klinik als nebenwirkungsärmer dar. Bei der Gegenüberstellung der thrombotischen Mikroangiopathien konnte gezeigt werden, dass eine verminderte ADAMTS13 Aktivität ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist und auch während der Remission schon diagnostizierbar werden kann. Auf der Grundlage der labordiagnostischen Werte und dem klinischen Erscheinungsbild im akuten Schub und in der Remission konnte ein diagnostischer Algorithmus für den klinischen Alltag erstellt werden. In der Methodenvalidierung erwies sich der ActifluorTMADAMTS13 Kit als der beste Kit, da er innerhalb kürzester Zeit zuverlässige Werte in Standardeinheiten liefert. Nach neuesten Erkenntnissen, bei der eine Unterscheidung von ADAMTS13 Aktivitäten über und unter 5 % von großer prognostischer Bedeutung sind, ist die BCS-Methode nach Böhm mit einer unteren Nachweisgrenze von 6,2% zu ungenau und auch hinsichtlich ihres Zeitaufwandes eher ungünstig.rn

Molecular interaction of the human metalloprotease meprin beta with the amyloid precursor protein, ADAM10, and ADAM17 based on proteomics

Die Zinkendopeptidasen Meprin α und β sind Schlüsselkomponenten in patho(physiologischen) Prozessen wie Entzündung, Kollagenassemblierung und Angiogenese. Nach ihrer Entdeckung in murinen Bürstensaummembranen und humanen Darmepithelien, wurden weitere Expressionsorte identifiziert, z.B. Leukozyten, Krebszellen und die humane Haut. Tiermodelle, Zellkulturen und biochemische Analysen weisen auf Funktionen der Meprine in der Epithelialdifferenzierung, Zellmigration, Matrixmodellierung, Angiogenese, Bindegewebsausbildung und immunologische Prozesse hin. Dennoch sind ihre physiologischen Substrate weitgehend noch unbekannt. Massenspektrometrisch basierte Proteomics-Analysen enthüllten eine einzigartige Spaltspezifität für saure Aminosäurereste in der P1´ Position und identifizierten neue biologische Substratkandidaten. Unter den 269 extrazellulären Proteinen, die in einem Substratscreen identifiziert wurden, stellten sich das amyloid precursor protein (APP) and ADAM10 (a disintegrin and metalloprotease 10) als sehr vielversprechende Kandidaten heraus. Mehrere Schnittstellen innerhalb des APP Proteins, hervorgerufen durch verschiedenen Proteasen, haben unterschiedlichen Auswirkungen zur Folge. Die β-Sekretase BACE (β-site APP cleaving enzyme) prozessiert APP an einer Schnittstelle, welche als initialer Schritt in der Entwicklung der Alzheimer Erkrankung gilt. Toxische Aβ (Amyloid β)-Peptide werden in den extrazellulären Raum freigesetzt und aggregieren dort zu senilen Plaques. Membran verankertes Meprin β hat eine β-Sekretase Aktivität, die in einem Zellkultur-basierten System bestätigt werden konnte. Die proteolytische Effizienz von Meprin β wurde in FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer)-Analysen bestimmt und war um den Faktor 104 höher als die von BACE1. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Meprin β die ersten zwei Aminosäuren prozessiert und somit aminoterminal einen Glutamatrest freisetzt, welcher nachfolgend durch die Glutaminylzyklase in ein Pyroglutamat zykliert werden kann. Trunkierte Aβ-Peptide werden nur in Alzheimer Patienten generiert. Aufgrund einer erhöhten Hydrophobie weisen diese Peptide eine höhere Tendenz zur Aggregation auf und somit eine erhöhte Toxizität. Bis heute wurde keine Protease identifiziert, welche diese Schnittstelle prozessiert. Die Bildung der Meprin vermittelten N-terminalen APP Fragmenten wurde in vitro und in vivo detektiert. Diese N-APP Peptide hatten keine cytotoxischen Auswirkungen auf murine und humane Gehirnzellen, obwohl zuvor N-APP als Ligand für den death receptor (DR) 6 identifiziert wurde, der für axonale Degenerationsprozesse verantwortlich ist. rnIm nicht-amyloidogenen Weg prozessiert ADAM10 APP und entlässt die Ektodomäne von der Zellmembran. Wir konnten das ADAM10 Propeptid als Substrat von Meprin β identifizieren und in FRET Analysen, in vitro und in vivo zeigen, dass die Meprin vermittelte Prozessierung zu einer erhöhten ADAM10 Aktivität führt. Darüber hinaus wurde ADAM10 als Sheddase für Meprin β identifiziert. Shedding konnte durch Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) oder durch das Ionophor A23187 hervorgerufen werden, sowie durch ADAM10 Inhibitoren blockiert werden. rnDiese Arbeit konnte somit ein komplexes proteolytisches Netwerk innerhalb der Neurophysiologie aufdecken, welches für die Entwicklung der Alzheimer Demenz wichtig sein kann.rn

The cell surface receptor FGFRL1 forms constitutive dimers that promote cell adhesion

FGFRL1 is a novel member of the fibroblast growth factor (FGF) receptor family. Utilizing the FRET (fluorescence resonance energy transfer) technique, we demonstrate that FGFRL1 forms constitutive homodimers at cell surfaces. The formation of homodimers was verified by co-precipitation of differentially tagged FGFRL1 polypeptides from solution. If overexpressed in cultivated cells, FGFRL1 was found to be enriched at cell-cell contact sites. The extracellular domain of recombinant FGFRL1 promoted cell adhesion, but not cell spreading, when coated on plastic surfaces. Adhesion was mediated by heparan sulfate glycosaminoglycans located at the cell surface. It could specifically be blocked by addition of soluble heparin but not by addition of other glycosaminoglycans. When the amino acid sequence of the putative heparin-binding site was modified by in vitro mutagenesis, the resulting protein exhibited decreased affinity for heparin and reduced activity in the cell-binding assay. Moreover, a synthetic peptide corresponding to the heparin-binding site was able to neutralize the effect of heparin. With its dimeric structure and its adhesion promoting properties, FGFRL1 resembles the nectins, a family of cell adhesion molecules found at cell-cell junctions.

Long-Distance Electronic Energy Transfer in Light-Harvesting Supramolecular Polymers.

The efficient collection of solar energy relies on the design and construction of well-organized light-harvesting systems. Herein we report that supramolecular phenanthrene polymers doped with pyrene are effective collectors of light energy. The linear polymers are formed through the assembly of short amphiphilic oligomers in water. Absorption of light by phenanthrene residues is followed by electronic energy transfer along the polymer over long distances (>100 nm) to the accepting pyrene molecules. The high efficiency of the energy transfer, which is documented by large fluorescence quantum yields, suggests a quantum coherent process.

Factors controlling the competition among rotational and vibrational energy transfer channels in glyoxal

The state-to-state transfer of rotational and vibrational energy has been studied for S1 glyoxal (CHOCHO) in collisions with D2, N2, CO and C2H4 using crossed molecular beams. A laser is used to pump glyoxal seeded in He to its S1 zero point level with zero angular momentum about its top axis (K′ = 0). The inelastic scattering to each of at least 26 S1 glyoxal rotational and rovibrational levels is monitored by dispersed S1–S0 fluorescence. Various collision partners are chosen to investigate the relative influences of reduced mass and the collision pair interaction potential on the competition among the energy transfer channels. When the data are combined with that obtained previously from other collision partners whose masses range from 2 to 84 amu, it is seen that the channel competition is controlled primarily by the kinematics of the collisional interaction. Variations in the intermolecular potential play strictly a secondary role.

Fluorescence correlation spectroscopy reveals fast optical excitation-driven intramolecular dynamics of yellow fluorescent proteins

Fast excitation-driven fluctuations in the fluorescence emission of yellow-shifted green fluorescent protein mutants T203Y and T203F, with S65G/S72A, are discovered in the 10−6–10−3-s time range, by using fluorescence correlation spectroscopy at 10−8 M. This intensity-dependent flickering is conspicuous at high pH, with rate constants independent of pH and viscosity with a minor temperature effect. The mean flicker rate increases linearly with excitation intensity for at least three decades, but the mean dark fraction of the molecules undergoing these dynamics is independent of illumination intensity over ≈6 × 102 to 5 × 106 W/cm2. These results suggest that optical excitation establishes an equilibration between two molecular states of different spectroscopic properties that are coupled only via the excited state as a gateway. This reversible excitation-driven transition has a quantum efficiency of ≈10−3. Dynamics of external protonation, reversibly quenching the fluorescence, are also observed at low pH in the 10- to 100-μs time range. The independence of these two bright–dark flicker processes implies the existence of at least two separate dark states of these green fluorescent protein mutants. Time-resolved fluorescence measurements reveal a single exponential decay of the excited state population with 3.8-ns lifetime, after 500-nm excitation, that is pH independent. Our fluorescence correlation spectroscopy results are discussed in terms of recent theoretical studies that invoke isomerization of the chromophore as a nonradiative channel of the excited state relaxation.

The nature of the excited state of the reaction center of photosystem II of green plants: A high-resolution fluorescence spectroscopy study

We studied the electronically excited state of the isolated reaction center of photosystem II with high-resolution fluorescence spectroscopy at 5 K and compared the obtained spectral features with those obtained earlier for the primary electron donor. The results show that there is a striking resemblance between the emitting and charge-separating states in the photosystem II reaction center, such as a very similar shape of the phonon wing with characteristic features at 19 and 80 cm−1, almost identical frequencies of a number of vibrational modes, a very similar double-Gaussian shape of the inhomogeneous distribution function, and relatively strong electron-phonon coupling for both states. We suggest that the emission at 5 K originates either from an exciton state delocalized over the inactive branch of the photosystem or from a fraction of the primary electron donor that is long-lived at 5 K. The latter possibility can be explained by a distribution of the free energy difference of the primary charge separation reaction around zero. Both possibilities are in line with the idea that the state that drives primary charge separation in the reaction center of photosystem II is a collective state, with contributions from all chlorophyll molecules in the central part of the complex.

Physical and functional association of glycolipid N-acetyl-galactosaminyl and galactosyl transferases in the Golgi apparatus

Glycolipid glycosyltransferases catalyze the stepwise transfer of monosaccharides from sugar nucleotides to proper glycolipid acceptors. They are Golgi resident proteins that colocalize functionally in the organelle, but their intimate relationships are not known. Here, we show that the sequentially acting UDP-GalNAc:lactosylceramide/GM3/GD3 β-1,4-N-acetyl-galactosaminyltransferase and the UDP-Gal:GA2/GM2/GD2 β-1,3-galactosyltransferase associate physically in the distal Golgi. Immunoprecipitation of the respective epitope-tagged versions expressed in transfected CHO-K1 cells resulted in their mutual coimmunoprecipitation. The immunocomplexes efficiently catalyze the two transfer steps leading to the synthesis of GM1 from exogenous GM3 in the presence of UDP-GalNAc and UDP-Gal. The N-terminal domains (cytosolic tail, transmembrane domain, and few amino acids of the stem region) of both enzymes are involved in the interaction because (i) they reproduce the coimmunoprecipitation behavior of the full-length enzymes, (ii) they compete with the full-length counterpart in both coimmunoprecipitation and GM1 synthesis experiments, and (iii) fused to the cyan and yellow fluorescent proteins, they localize these proteins to the Golgi membranes in an association close enough as to allow fluorescence resonance energy transfer between them. We suggest that these associations may improve the efficiency of glycolipid synthesis by channeling the intermediates from the position of product to the position of acceptor along the transfer steps.

ClpA mediates directional translocation of substrate proteins into the ClpP protease

The intracellular degradation of many proteins is mediated in an ATP-dependent manner by large assemblies comprising a chaperone ring complex associated coaxially with a proteolytic cylinder, e.g., ClpAP, ClpXP, and HslUV in prokaryotes, and the 26S proteasome in eukaryotes. Recent studies of the chaperone ClpA indicate that it mediates ATP-dependent unfolding of substrate proteins and directs their ATP-dependent translocation into the ClpP protease. Because the axial passageway into the proteolytic chamber is narrow, it seems likely that unfolded substrate proteins are threaded from the chaperone into the protease, suggesting that translocation could be directional. We have investigated directionality in the ClpA/ClpP-mediated reaction by using two substrate proteins bearing the COOH-terminal ssrA recognition element, each labeled near the NH2 or COOH terminus with fluorescent probes. Time-dependent changes in both fluorescence anisotropy and fluorescence resonance energy transfer between donor fluorophores in the ClpP cavity and the substrate probes as acceptors were measured to monitor translocation of the substrates from ClpA into ClpP. We observed for both substrates that energy transfer occurs 2–4 s sooner with the COOH-terminally labeled molecules than with the NH2-terminally labeled ones, indicating that translocation is indeed directional, with the COOH terminus of the substrate protein entering ClpP first.

Non-Arrhenius kinetics for the loop closure of a DNA hairpin

Intramolecular chain diffusion is an elementary process in the conformational fluctuations of the DNA hairpin-loop. We have studied the temperature and viscosity dependence of a model DNA hairpin-loop by FRET (fluorescence resonance energy transfer) fluctuation spectroscopy (FRETfs). Apparent thermodynamic parameters were obtained by analyzing the correlation amplitude through a two-state model and are consistent with steady-state fluorescence measurements. The kinetics of closing the loop show non-Arrhenius behavior, in agreement with theoretical prediction and other experimental measurements on peptide folding. The fluctuation rates show a fractional power dependence (β = 0.83) on the solution viscosity. A much slower intrachain diffusion coefficient in comparison to that of polypeptides was derived based on the first passage time theory of SSS [Szabo, A., Schulten, K. & Schulten, Z. (1980) J. Chem. Phys. 72, 4350–4357], suggesting that intrachain interactions, especially stacking interaction in the loop, might increase the roughness of the free energy surface of the DNA hairpin-loop.