Fluorescence based detection of magnetic fieldeffect on photolyases and flavin containingsolutions
Manyetik alanın photolyase ve flavin içeren çözeltilerdeki etkisinin floresan tabanlı tespit edilmesi
- Tez No: 593256
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kuşların yön bulma mekanizmalarının dünyanın manyetik alanına bağlı olduğu bilinse de, birincil sensörün ne olduğu hala bir tartışma konusudur. Bu konuda başta gelen hipotezlerin biri radikal çiftlerinin manyetik alana karşı duyarlılığına dayanmaktadır. Bu modele göre, cryptochrome ya da photolyase gibi fotoaktive proteinlerin içinde, foton soğurulması ve elektron transferi ile flavin-tryptophan (Trp) radikal çiftleri oluşturulabilir. Oluşan bu radikal çiftlerini tekli ve üçlü (singlet ve triplet) durumlar arasında dışarıdaki bir manyetik alana duyarlı koherent bir döngüye girerler. Manyetik alan etkisini gözlemlemek için ağırlıklı olarak soğurma (absorbsiyon) spektroskopisi kullanılabilir. Fakat bu teknik örneklerin yüksek konsantrasyona sahip olmasını gerektirir. Buna ek olarak, farklı oryantasyona sahip moleküllerin manyetik alana verdigi tepki tek tek ölçülemez, sadece bu tepkilerin ortalaması gözlemlenebilir. Son zamanlarda soğurma spektroskopisine alternatif olarak floresan temelli bir yaklaşım ortaya konuldu. Bu metot daha hassas ölçümler yapabilir ve deneysel olarak gerçekleştirilmesi daha kolaydır. Bu tezde, manyetik alanın flavin molekülü içeren çözeltilerdeki ve photolyase proteini üzerindeki etkisini floresan bazlı deneyler kullanarak saptandı. 28 mT manyetik alan varlığında, 1 µM flavin adenine dinucleotide (FAD) ve 300 µM Trp içeren çözeltilerin -%5.5 e varan manyetik alan etkisi gösterdiğini gördük. Bu çözeltiler kullanılarak çözeltinin pH değeri, lazer gücü ve manyetik alanin gücü gibi parametrelerin manyetik alana karşı duyarlılıktaki rolü araştırıldı. Floresan bazlı deneyler, protein çözeltileri için de yürütüldü. 170 µM Vibrio cholerae photolyase (VcPHR) ve 166 µM Escherichia coli photolyase (EcPHR) için sırasıyla -%1.34 ve -%1.01 manyetik alan etkisi ölçüldü. Buna ek olarak, kuantum koherensi anlamak için simulasyonlar yapıldı ve bu konseptin floresan bazlı deneyler ile gözlemlenmesi tartışıldı. Son olarak, floresan bazlı deneylere bir geliştirme olarak fotoaktive proteinlere ve flavin molekülüne boya bağlamayı önerdik. Förster rezonans enerji transferi (FRET) olarak bilinen bu teknikte boya molekülleri alıcı olarak davranırlar. Boylece tekli ve üçlü durumların azalım hızı arttırılarak, manyetik alan etkisi daha yüksek hassaslıkta gözlemlenebilir.
Özet (Çeviri)
It has been known that bird's navigation mechanism relies on the geomagnetic fi eld; however, the primary sensor is still a matter of debate. One of the leading hypotheses is based on the magnetic sensitivity of the radical pairs. According to this model, inside the photoactivated proteins such as cryptochrome and photolyase, flavin-tryptophan radical pairs are formed by photon absorption and electron transfer, and they can undergo coherent singlet-triplet interconversion which is affected by an external magnetic field. Absorption spectroscopy has been predominantly employed to monitor such magnetic field effects. This technique requires relatively high sample concentrations. Moreover, magnetic field sensitivity of individual molecules with different orientations is lost and only an average magnetoreception behavior can be observed. Recently, fluorescence-based approach has emerged as an alternative experimental strategy which is generally easier to perform and more sensitive. Despite this, up to now fluorescence-based experiments only revealed the magnetic fi eld effect in solutions containing flavin and tryptophan, but not actual photoactivated proteins. In this thesis, the magnetic fi eld effect on flavin containing solutions and photolyases is detected by utilizing fluorescence-based experiments. In the presence of around 28 mT magnetic fi eld, up to -5.55% magnetic field effect is observed for the solution of 1 µM flavin adenine dinucleotide (FAD) and 300 µM Trp. The roles of laser intensity, pH of the buffer, and magnetic fi eld strength in the magnetic fi eld sensitivity are investigated for the FAD and Trp containing solutions. The fluorescence based experiments are also conducted with photolyases. -1.34% and -1.01% magnetic field effects are measured for the solutions of 170 µM Vibrio cholera photolyase (VcPHR) and 166 µM Escherichia coli photolyase (EcPHR) respectively. Moreover, simulations to understand quantum coherence in the radical pair mechanism are performed, and the fluorescence based observation of coherent interconversion is discussed. Finally, we suggest conjugating the photoexcited proteins or flavin with dye molecules which serve as acceptors in Förster resonance energy transfer (FRET). In this method, the decay rate of the singlet and triplet states is further enhanced, revealing higher sensitivity of magnetic fi eld effect.
Benzer Tezler
- Using nitrogen-vacancy center diamond as a quantum sensor for magnetic anomaly detection
Azot-boşluk merkezli kuantum elmas sensörler ile manyetik anomali tespiti
ÖMERTAHA GÜNGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ GELİR
- AlFe2B2 MAB fazında krom (Cr) ve vanadyum (V) ikamelerinin malzeme özellikleri üzerindeki etkileri: Deneysel destekli modelleme çalışması
The effects of chromium (Cr) and vanadium (V) substitutions on the material properties of AlFe2B2 MAB phase: An experimentally supported modelling study
AHMET SEFA ATALAY
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT BORA DERİN
- Synthesis and applications of supramolecules and macromolecules containing multiple triazole units
Çoklu triazol üniteleri içeren supramolekül ve makromoleküllerin sentez ve uygulamaları
ÖZGE ÖZÜKANAR
Doktora
İngilizce
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM VOLKAN KUMBARACI
- Kanser tedavisinde ilaç taşıma amacıyla kullanılacak karbon nanotüplerin fonksiyonelleştirilmesi
Functionalization of carbon nanotubes to be used for drug delivery in cancer treatment
YEŞİM YENİYURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER