Transferència d'energia de resonància de Förster

Transmissió d'energia de resonància o transferència d'energia de resonància de Förster, habitualment abreviat com FRET per les seues sigles en idioma anglés Förster resonance inergy transfer, és un mecanisme de transferència d'energia entre cromóforos. Es basa que l'energia que du a un cromóforo al estat excitat pot transferir-se a un atre propenc per mig d'un mecanisme acoplador dipol-dipol. Va ser descrita pel científic alemà Theodor Förster en 1948. En el cas de que els cromóforos siguen fluorescents (açò és, fluorocromos), el mecanisme subjacent continua sent el mateix: l'energia es transferix, lo que resulta en la desaparició de la fluorescència del donador i, en cas que l'acceptor siga fluorescent, en la subsecuente emissió de fluorescència per part d'est. cal destacar que no és la fluorescència la transferida.

En el FRET, l'energia es transferix de manera no-radiant entre dos fluoróforos, donador i acceptor, els espectres del qual d'emissió (donador) i d'excitació (acceptor) se superponen lo suficient. Si el cas, la distància és lo suficientment curta, i l'orientació dels moments bipolars de les molècules implicades és l'apropiada, el donador, una volta excitat, pot transferir l'energia a l'acceptor. Si l'acceptor també és fluorescent, pot emetre fluorescència. L'eficiència de el FRET decau en la sexta potència de la distància entre fluoróforos (ràdio de Förster). A la seua volta, la transferència és més eficaç quant major superposició es produïxca entre els espectres d'excitació-emissió de donador i acceptor i quant més favorable siga l'orientació espacial relativa dels fluoróforos.

Per a que el FRET tinga lloc es requerix:

1. Una gran rodalia entre els cromóforos o fluorocromos. Segons el parell donador-acceptor, esta distància varia, generalment, entorn a 10-100 Å.
2. El espectre d'absorció del cromóforo acceptor deu superpondre's el espectre d'emissió de fluorescència del donador.

Si l'acceptor és destruït per la pròpia llum d'excitació («fotobleaching»), l'intensitat de l'emissió del fluorocromo donador es vorà incrementada. Açò es deu a la que el FRET ya no pot tindre lloc, perque l'acceptor ha perdut les seues característiques originals.

Principis teòrics

La FRET es descriu per mig de la taxa de transferència d'energia ($k_{\text{ET}}$), que és inversamente proporcional a la sexta potència de la distància intermolecular $r$:

$k_{\text{ET}}=(\frac{R_0}{r}{)}^6\frac{1}{{\tau }_D}$,

a on ${\tau }_D$ és el temps de vida de fluorescència del donador en absència d'acceptor. El paràmetro $R_0$ es denomina ràdio de Förster, i representa la distància intermolecular per a la qual la taxa de transferència d'energia és igual a la taxa de fluorescència del donant en absència d'acceptor. És dir, la distància a la qual la provabilitat de que ocórrega la transferència d'energia és 0.5. $R_0$ ve dau per

$R_0^6=\frac{9\log (10){\kappa }^2{Q}_{D}J}{128{\pi }^5{N}_A{n}^4}$

a on $Q_D$ és el rendiment quàntic del donador en absència d'acceptor, $N_A$ és el número de Avogadro i $n$ és el índex de refracció del mig.

$\kappa$ és el factor d'orientació dipolar

$\kappa ={\hat{\mu }}_{\text{A}}\cdot {\hat{\mu }}_{\text{D}}-3({\hat{\mu }}_{\text{D}}\cdot \hat{R})({\hat{\mu }}_{\text{A}}\cdot \hat{R}),$

a on ${\hat{\mu }}_i$ és el moment dipolar de transició del fluoróforo, i $\hat{R}$ és el desplaçament normalisat entre fluoróforos. Un valor comunament utilisat és ${\kappa }^2$ = 2/3, que correspon a abdós fluoróforos rotando lliurement i isotrópicamente orientats.

$J$(λ), també cridada integral de solapamiento, representa la densitat d'estats quàntics compatibles d'abdós cromóforos. Per a la majoria d'aplicacions, s'aproxima per mig d'una integral de solapamiento dels espectres d'absorció i emissió:

$J(\lambda )=\frac{\int f_{\text{D}}(\lambda ){ϵ}_{\text{A}}(\lambda ){\lambda }^{4}d\lambda }{\int f_{\text{D}}(\lambda )d\lambda }=\int \overline{f_{\text{D}}}(\lambda ){ϵ}_{\text{A}}(\lambda ){\lambda }^{4}d\lambda ,$

$f_{\text{D}}$ és l'espectre d'emissió del donant, $\overline{f_{\text{D}}}$ és l'espectre d'emissió del donant normalisat a un àrea total d'1 i ${ϵ}_{\text{A}}$ és l'espectre d'absorció de l'acceptor en unitats de coeficient d'extinció molar.

A partir de la taxa de transferència d'energia $k_{\text{ET}}$ es definix l'eficiència de FRET, o la provabilitat de que una molècula transferixca energia, com:

$E=\frac{k_{\text{ET}}}{k_f+k_{\text{ET}}+\sum k_i},$

a on $k_f$ és la taxa de fluorescència del donandor, i $k_i$ són atres possibles taxes d'atres formes de malbarat d'energia, incloent FRET a atres aceptores. Assumint que no hi haja atres transferències, I depén de la distància intermolecular:

$E=\frac{1}{1+(r/R_0{)}^6}$