@phdthesis{Luschtinetz2010,
  author    = {Luschtinetz, Franziska},
  title     = {Cyaninfarbstoffe als Fluoreszenzsonden in biomimetischen und biologischen Systemen : Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie und Fluoreszenzanisotropie-Untersuchungen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-48478},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2010},
  abstract  = {Um Prozesse in biologischen Systemen auf molekularer Ebene zu untersuchen, haben sich vor allem fluoreszenzspektroskopische Methoden bew{\"a}hrt. Die M{\"o}glichkeit, einzelne Molek{\"u}le zu beobachten, hat zu einem deutlichen Fortschritt im Verst{\"a}ndnis von elementaren biochemischen Prozessen gef{\"u}hrt. Zu einer der bekanntesten Methoden der Einzelmolek{\"u}lspektroskopie z{\"a}hlt die Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS), mit deren Hilfe intramolekulare und diffusionsgesteuerte Prozesse in einem Zeitbereich von µs bis ms untersucht werden k{\"o}nnen. Durch die Verwendung von sog. Fluoreszenzsonden k{\"o}nnen Informationen {\"u}ber deren molekulare Mikroumgebung erhalten werden. Insbesondere f{\"u}r die konfokale Mikroskopie und die Einzelmolek{\"u}lspektroskopie werden Fluoreszenzfarbstoffe mit einer hohen Photostabilit{\"a}t und hohen Fluoreszenzquantenausbeute ben{\"o}tigt. Aufgrund ihrer hohen Fluoreszenzquantenausbeute und der M{\"o}glichkeit, maßgeschneiderte" Farbstoffe in einem breiten Spektralbereich f{\"u}r die Absorption und Fluoreszenz zu entwickeln, sind Cyaninfarbstoffe von besonderem Interesse f{\"u}r bioanalytische Anwendungen. Als Fluoreszenzmarker finden diese Farbstoffe insbesondere in der klinischen Diagnostik und den Lebenswissenschaften Verwendung. Die in dieser Arbeit verwendeten Farbstoffe DY-635 und DY-647 sind zwei typische Vertreter dieser Farbstoffklasse. Durch Modifizierung k{\"o}nnen die Farbstoffe kovalent an biologisch relevante Molek{\"u}le gebunden werden. Aufgrund ihres Absorptionsmaximums oberhalb von 630nm werden sie insbesondere in der Bioanalytik eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurden die spektroskopischen Eigenschaften der Cyaninfarbstoffe DY-635 und DY-647 in biomimetischen und biologischen Modellsystemen untersucht. Zur Charakterisierung wurden dabei neben der Absorptionsspektroskopie insbesondere fluoreszenzspektroskopische Methoden verwendet. Dazu z{\"a}hlen die zeitkorrelierte Einzelphotonenz{\"a}hlung zur Ermittlung des Fluoreszenzabklingverhaltens, Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) zur Beobachtung von Diffusions- und photophysikalischen Desaktivierungsprozessen und die zeitaufgel{\"o}ste Fluoreszenzanisotropie zur Untersuchung der Rotationsdynamik und Beweglichkeit der Farbstoffe im jeweiligen Modellsystem. Das Biotin-Streptavidin-System wurde als Modellsystem f{\"u}r die Untersuchung von Protein-Ligand-Wechselwirkungen verwendet, da der Bindungsmechanismus weitgehend aufgekl{\"a}rt ist. Nach Bindung der Farbstoffe an Streptavidin wurde eine erhebliche Ver{\"a}nderung in den Absorptions- und Fluoreszenzeigenschaften beobachtet. Es wird angenommen, dass diese spektralen Ver{\"a}nderungen durch Wechselwirkung von benachbarten, an ein Streptavidintetramer gebundenen Farbstoffmolek{\"u}len und Bildung von H-Dimeren verursacht wird. F{\"u}r das System Biotin-Streptavidin ist bekannt, dass w{\"a}hrend der Bindung des Liganden (Biotin) an das Protein eine Konformations{\"a}nderung auftritt. Anhand von zeitaufgel{\"o}sten Fluoreszenzanisotropieuntersuchungen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass diese strukturellen Ver{\"a}nderungen zu einer starken Einschr{\"a}nkung der Beweglichkeit des Farbstoffes DY-635B f{\"u}hren. Liegt eine Mischung von ungebundenem und Streptavidin-gebundenem Farbstoff vor, k{\"o}nnen die Anisotropieabklingkurven nicht nach einem exponentiellen Verlauf angepasst werden. Es konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass in diesem Fall die Auswertung mit Hilfe des Assoziativen Anisotropiemodells m{\"o}glich ist, welches eine Unterscheidung der Beitr{\"a}ge aus den zwei verschiedenen Mikroumgebungen erm{\"o}glicht. Als zweites Modellsystem dieser Arbeit wurden Mizellen des nichtionischen Tensids Tween-20 eingesetzt. Mizellen bilden eines der einfachsten Systeme, um die Mikroumgebung einer biologischen Membran nachzuahmen. Sind die Farbstoffe in den Mizellen eingelagert, so kommt es zu keiner Ver{\"a}nderung der Mizellgr{\"o}ße. Die ermittelten Werte des Diffusionskoeffizienten der mizellar eingelagerten Farbstoffe spiegeln demzufolge die Translationsbewegung der Tween-20-Mizellen wider. Die Beweglichkeit der Farbstoffe innerhalb der Tween-20-Mizellen wurde durch zeitaufgel{\"o}ste Fluoreszenzanisotropiemessungen untersucht. Neben der „Wackelbewegung", entsprechend dem wobble-in-a-cone-Modell, wird zus{\"a}tzlich noch die laterale Diffusion der Farbstoffe entlang der Mizelloberfl{\"a}che beschrieben.},
  language  = {de}
}
@article{LuschtinetzDoscheKumke2009,
  author    = {Luschtinetz, Franziska and Dosche, Carsten and Kumke, Michael Uwe},
  title     = {Influence of streptavidin on the absorption and fluorescence properties of cyanine dyes},
  issn      = {1043-1802},
  doi       = {10.1021/Bc800497v},
  year      = {2009},
  abstract  = {Cyanine dyes have become widely used fluorescence labels in clinical and biological chemistry. In particular, cyanine dyes with excitation wavelengths lambda(ex) > 600 nm are often used in biological applications. However, aggregation behavior and matrix effects on cyanine fluorescence are not fully understood yet and interfere with the data interpretation. In this study, we analyzed the spectroscopic characteristics of a model system consisting of the biotinylated cyanine dyes DY-635 and DY-647 and their streptavidin conjugates. On the basis of the spectroscopic data, the interaction processes between cyanine dye molecules and proteins are discussed. Binding to streptavidin had a significant influence on both fluorescence and anisotropy decays of the cyanine dyes investigated. In particular, the fluorescence anisotropy was significantly altered, making it a promising detection parameter for bioanalytical applications in connection with the cyanine dyes used in the present study. In order to evaluate the time-resolved anisotropy, the introduction of a sophisticated kinetic model was required to describe the contributions from different fluorescing species properly. The rotational motion of streptavidin-bound dyes was analyzed using the associated anisotropy model, which allowed discrimination between contributions from different microenvironments. The anisotropy decay times increased by a factor of up to 20 due to protein binding.},
  language  = {en}
}
@article{LuschtinetzDosche2009,
  author    = {Luschtinetz, Franziska and Dosche, Carsten},
  title     = {Determination of micelle diffusion coefficients with fluorescence correlation spectroscopy (FCS)},
  issn      = {0021-9797},
  doi       = {10.1016/j.jcis.2009.06.064},
  year      = {2009},
  language  = {en}
}