24 November 2022, 23:00

Химики создали порфириновый «термометр» для клеток

Температура является одним из важнейших параметров, который играет важную роль в множестве процессов — от реакций синтеза до активности ферментов. Для ее измерения чаще всего используют стеклянные термометры, термопары, термисторы, инфракрасные термометры. Однако все эти приборы работают на макромасштабе и неприменимы, если речь идет о клетках, а тем более — температуре в их отдельных органеллах. Такие нанотермометры необходимы, чтобы оценивать эффективность работы отдельных биохимических цепей; одна из наиболее популярных задач — изучение активности митохондрий, еще называемых «энергетическими станциями» клетки. Решить задачу помогают флуоресцентные метки, по интенсивностям свечения которых можно косвенно определять температуру. Однако такие системы обладают рядом недостатков: их сложно синтезировать, а некоторые компоненты могут быть токсичны для клетки и чистота эксперимента нарушится.

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали удобный в использовании «клеточный термометр» на основе водорастворимого порфирина фосфора, который может определять температуру с точность до десятых долей градуса.

«Благодаря сотрудничеству с коллегами из Санкт-Петербурга ранее было установлено, что спектр люминесценции этих соединений в физиологическом диапазоне температур (30–44 оС) и времена жизни люминесценции зависят от температуры. В нашей новой работе мы показали, что этот метод хорошо работает и в живых клетках. Параллельно был выявлен необычный факт — при введении порфиринов фосфора в клетку они дефосфорилируются в результате взаимодействия с белками с образованием биосовместимых фосфатов. Фактически после доставки синтезированных нами молекул в клетки мы измеряем люминесценцию свободного порфирина, не содержащего фосфора, и далее исходя из спектра люминесценции определяем внутриклеточную температуру. В дальнейшем мы планируем расширить круг исследуемых порфиринов для повышения чувствительности подобных молекулярных термометров», — рассказала Юлия Горбунова, главный научный сотрудник ИОНХ РАН, академик РАН.

News article publications

Read also

Светящиеся наночастицы с ионами неодима и иттербия помогут точно измерять температуру
За счет передачи энергии между ними удается достичь "невозможного" преобразования света
Nanotechnology
New techniques
Thermometry
11 February 2022
Биологи научились измерять скорость обмена веществ в организме
Такой анализ улучшит диагностику и лечение многих болезней, связанных с нарушением метаболизма: например, сахарного диабета, ожирения и неалкогольной болезни печени
Cell Biology
Mass spectrometry
Metabolomics
New techniques
2 August 2023
Электродинамическая ловушка помогла охарактеризовать четыре свойства частиц
Новый недорогой подход объединил в себе сразу несколько проверенных методик и показал свою эффективность: погрешность определения массы составила примерно 10%, размера и заряда — 16%, а плотности — 18%
Electrodynamics
Materials Science
Nanotechnology
New techniques
17 July 2023
Предложен новый оптический подход к тепловой стимуляции отдельной клетки
Для этого ученые использовали частицы поликристаллического алмаза, которые поглощали свет лазера и в результате становились локальным источником тепла. Цветовые центры стали нанотермометрами за счет спектральных изменений
Materials Science
Nanotechnology
Thermodynamics
Thermometry
26 May 2023
Наносеребро помогло изучить конформации важнейшего белка «энергостанций» клеток
Наноструктурированная подложка впервые позволила отследить, как цитохром с меняет свою конформацию с помощью спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния. При этом даже не пришлось выделять белок
Cell Biology
New techniques
Spectroscopy
4 April 2023
Новый кристалл проявил свойства двумерных и слоистых материалов
Оптические свойства могут сделать его перспективным материалом для диэлектрической нанофотоники
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
New techniques
Optics
3 February 2023