Theoretical Development of Near‐Infrared Bioluminescent Systems

生物发光 荧光素酶 荧光素 光发射 荧光 电荷(物理) 偶极子 化学 光电子学 材料科学 物理 光学 生物化学 转染 有机化学 量子力学 基因
作者
Yuanyuan Cheng,Ya‐Jun Liu
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:24 (37): 9340-9352 被引量:11
标识
DOI:10.1002/chem.201800416
摘要

Abstract The luciferin/luciferase system of the firefly has been used in bioluminescent imaging to monitor biological processes. In order to enhance the efficiency and expand the application range, some efforts have been made to tune the light emission, especially the effort to obtain NIR light. However, those case‐by‐case studies have not together revealed the nature and mechanism of the color tuning. In this paper, we theoretically investigated the fluorescence of all kinds of typical oxyluciferin analogues. The present systematical modifications of both oxyluciferin and luciferase indicate that the essential factor affecting the emission color is the charge distribution (or the electric dipole moment) on the oxyluciferin, which impacts on the charge transfer to form the light emitter and, subsequently, influence the strength and wavelength of the emission light. More negative charge distributed on the “thiazolone moiety” of the oxyluciferin or its analogues leads to a redshift. Based on this conclusion, we theoretically designed optimal pairs of luciferin analogue and luciferase for emitting NIR light, which could inspire new synthetic procedures and practical applications.

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