8-Bromo-7-hydroxyquinoline as a Photoremovable Protecting Group for Physiological Use: Mechanism and Scope

化学 生物分子 荧光 组合化学 猝灭(荧光) 生物物理学 光化学 生物化学 物理 量子力学 生物
作者
Yue Zhu,Christopher M. Pavlos,John P. Toscano,Timothy M. Dore
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:128 (13): 4267-4276 被引量:137
标识
DOI:10.1021/ja0555320
摘要

Two-photon excitation (2PE) of "caged" biomolecules represents a powerful method to investigate the temporal and spatial relevance of physiological function in real time and on living tissue, because the excitation volume can be restricted to 1 fL. Additionally, low-energy IR light is used, which minimizes tissue destruction and enables deeper penetration into tissue preparations. Exploitation of this technology for studying cell physiology requires the further development of photoremovable protecting groups with sufficient sensitivity to 2PE for use in "caged" compounds. 8-Bromo-7-hydroxyquinoline (BHQ) is efficiently photolyzed by classic 1PE (365 nm) and 2PE (740 nm) under simulated physiological conditions (aqueous buffer of high ionic strength, pH 7.2) to release carboxylates, phosphates, and diolsfunctional groups commonly found on bioactive molecules such as neurotransmitters, nucleic acids, and drugs. It is stable in the dark, soluble in water, and exhibits low levels of fluorescence, which will enable use in conjunction with fluorescent indicators of biological function. BHQ-protected effectors are synthetically accessible. Stern−Volmer quenching, time-resolved infrared (TRIR), and 18O-labeling experiments suggest that the photolysis occurs through a solvent-assisted photoheterolysis (SN1) reaction mechanism on the sub-microsecond time scale. BHQ has the requisite photochemical and photophysical properties as a photoremovable protecting group to regulate the action of biological effectors in cell and tissue culture with light, especially 2PE.

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