시아닌

Cyanine
시안화물과 혼동하지 마세요.

테트라메틸린도(di)-카르보시아닌이라고도[1] 불리는 시아닌은 폴리메틴기에 속하는 합성염료족이다.이 이름은 어원적으로 파란색 음영이라는 용어에서 유래했지만 시아닌 계열은 근적외선부터 자외선에 이르는 전자기 스펙트럼을 포괄합니다.

화학적으로, 시아닌은 두 질소 원자 사이의 결합 시스템이다. 각 공명 구조에서 정확히 하나의 질소 원자가 이미늄으로 산화된다.전형적으로, 그들은 질소 복소환 [2]시스템의 일부를 형성합니다.

시아닌 염료의 주요 용도는 생물학적 라벨에 있다.그럼에도 불구하고, 합성 및 사용에 대한 폭넓은 문헌이 있으며, 일부 CD 및 DVD 미디어에서 시아닌이 일반적입니다.

구조.

청록색:
I = 스트렙토시아닌,
II = 헤미시아닌,
III = 폐쇄성 시아닌

시아닌은 여러 [3]가지 방법으로 분류된다.

  • 스트렙토시아닌 또는 오픈 체인 시아닌:
RN2+=CH[CH=CH]-nNR(I)
  • 헤미시아닌:
아릴=N+=CH[CH=CH]-nNR(II)
  • 폐쇄 체인 시아닌:
아릴=N+=CH[CH=CH]-nN=아릴(II)

또한 다음 클래스가 [4]인식됩니다.

  • 중성시아닌:
RN2+=CH[CH=CH]-nCN 및 RN2+=CH[CH=CH]-nCHO
  • 아포시아닌류

폴리메틴 [5]사슬에 의해 2개의 4차 니트로겐이 결합된다.두 니트로겐은 각각 독립적으로 피롤, 이미다졸, 티아졸, 피리딘, 퀴놀린, 인돌, 벤조티아졸 등의 헤테로 방향족 부분의 일부일 수 있다.

업계의 역사와 용도

시아닌은 1세기 전에 처음 합성되었다.이들은 원래 사진 유제의 감도 범위를 증가시키기 위해 사용되었으며, 즉 필름에 이미지를 형성할 파장의 범위를 증가시켜 필름을 [4]전색적으로 만듭니다.시아닌은 CD-R 및 DVD-R 미디어에도 사용됩니다.사용되는 것은 대부분 녹색 또는 연청색으로 화학적으로 불안정합니다.따라서 안정적이지 않은 시아닌 디스크는 CD 및 DVD 아카이브에 적합하지 않습니다.최근의 시아닌 디스크는 일반적으로 시아닌 [6]분자에 결합된 금속 원자인 안정제를 포함하고 있어 열화를 크게 늦춥니다.이러한 디스크는 보관 수명이 75년 이상인 것으로 평가되는 경우가 많습니다.CD-R에 사용되는 다른 염료는 프탈로시아닌과 아조이다.

생명공학에 사용

바이오테크놀로지에의 응용에 있어서, 특수한 시아닌 염료는, 한쪽 또는 양쪽의 질소 단부에 반응기를 가지는 2, 3, 5 또는 7-메틴 구조로부터 합성되어 핵산 또는 단백질 분자와 화학적으로 결합할 수 있다.라벨링은 시각화 및 정량화를 목적으로 합니다.생물학적 응용 분야에는 비교 유전체 교배와 전사체학에서 사용되는 유전자 칩, 그리고 RNA [7]국재화, 형광 공명 에너지 전달(FRET)에 의한 분자 상호 작용 연구 및 형광 면역 분석과 같은 단백질체학에서의 다양한 연구가 포함된다.

시아닌 염료는 메틸, 에틸 또는 부틸 치환기, 카르복실기, 아세틸메톡시기, 술포기 등 친수성을 [8]변화시키는 다양한 변형을 통해 이용할 수 있다.

프로브 Ex(nm) Em(nm) MW 양자 수율
Cy2 489 506 714 QY 0.12
Cy3 (512);550 570;(615) 767 QY 0.15*[9]
Cy3B 558 572;(620) 658 QY 0.67
Cy3.5 581 594;(640) 1102 QY 0.15
Cy5 (625);650 670 792 QY 0.27[9]
Cy5.5 675 694 1128 QY 0.28[10]
Cy7 743 767 818 QY 0.28

Ex(nm): 여자 파장(나노미터 단위)
Em(nm): 나노미터 단위의 방출 파장
분자량
QY: 양자 수율

* 점도, 온도, 생체분자 상호작용에 따라 크게 달라집니다.[11]

일반적인 시아닌 염료 및 그 용도

형광이 더 밝고 안정적이기 때문에, 시아닌은 형광체인과 로다민 같은 전통적인 염료를 유리하게 대체할 수 있습니다.

  • Cy3와 Cy5가 가장 인기 있으며, 일반적으로 2가지 색상 검출에 사용됩니다.
Cy3 Cy5 dyes.gif

Cy3는 녹색을 띤 노란색(최대 550 nm 들뜸, 최대 570 nm 방출)을, Cy5는 원적색 영역(최대 650 들뜸, 670 nm 방출)[12]에서 형광을 일으킨다.Cy3는 Tetramethylrhodamin(TRITC)용 표준 필터를 사용하여 다양한 형광계, 이미지 및 현미경으로 검출할 수 있습니다.이 염료는 몰 소멸계수가 높기 때문에 전기영동겔에 육안으로 쉽게 검출되며 용액 중에 검출된다.Cy5는 높은 소광 계수(겔 전기영동에서는 1나노몰만큼 작음)와 많은 CCD 검출기가 최대 감도를 가지며 생물학적 물체가 배경 간섭을 적게 주는 적색 영역에서 형광체 방출 최대치 때문에 원적색 형광 염료를 대체하기 위한 인기 있는 대체물이 되었다.

스캐너는 실제로 백그라운드 오염을 방지하기 위해 다양한 레이저 방출 파장(일반적으로 532nm 및 635nm)과 필터 파장(550-600nm 및 655-695nm)을 사용합니다.따라서 Cy3 및 Cy5의 색상을 쉽게 구별할 수 있으며, Cy3 및 Cy5 라벨의 양을 하나의 시료에 정량화할 수 있다(다중 파라미터 검출).

  • 기타 시아닌 염료가 유용합니다.

Cy3.5는 술포로다민 101을 대체할 수 있다.

Cy5.5는 근적외선(IR) 형광발광염료(여진/방출 최대 678/694 nm)이다.

Cy7은 육안으로는 보이지 않는 근적외선 불소입니다(여진/방출 최대 750/776 nm).Cy7.5 염료뿐만 아니라 생체 내 이미징 애플리케이션에 사용됩니다.

술포-시아닌 염료는 하나 또는 두 개의 술포기를 가지며, Cy 염료를 수용성으로 만들지만, 더 높은 수용성을 [8]위해 3중 및 4중 황산염 형태를 사용할 수 있다.PEGylation은 염료뿐만 아니라 라벨이 부착된 복합체에도 친수성을 부여하는 또 다른 변형이다.

명명법 및 구조

Cy3 및 Cy5 명명법은 1989년 [5]Ernst 등에 의해 처음 제안되었으며 화학 구조의 징후를 제공하지 않기 때문에 비표준이다.원본 문서에서는 숫자는 (표시된 바와 같이) 메틴의 수를 나타내며 사이드 체인은 지정되지 않았습니다.이러한 모호성 때문에 문헌에서는 다양한 구조가 Cy3 및 Cy5로 지정된다.R 그룹은 동일할 필요는 없습니다.N-히드록시수치니미드 또는 말레이미드 등의 고반응성 부분으로 끝나는 짧은 지방족 사슬이다.

대체 수단

표준 Cy 2/3/3.5/5/5.5/7/7.5 염료의 많은 아날로그가 다양한 변형을 사용하여 개발되었습니다.Alexa Fluor 염료, Dylight, FluoProbes 염료, Sulfo Cy [13]염료, Salfo Cy [14]염료, Seta 및 기타의 IRIS 염료는 대부분의 생화학 애플리케이션에서 Cy 염료와 교환하여 사용할 수 있으며 용해성,[16][17] 형광 또는 광안정성이 향상되었다고 주장됩니다.

표준 Cy 시리즈 염료에 대한 특허 보호는 소멸되었지만, 상표인 Cy 이름은 그대로 유지됩니다.그 결과, Cy염료와 동일하지만 다른 이름으로 불리는 염료가 판매되고 있다.

적용들

시아닌 색소로 녹색으로 착색된 시아노박테륨

시아닌 염료는 다양한 형광 검출 기술에 사용되는 단백질, 항체, 펩타이드, 핵산 프로브 및 기타 모든 종류의 생체 분자를 표시하기 위해 사용됩니다.플로우 세포 측정, 현미경 검사(주로 가시 범위이지만 UV, IR도 가능), 마이크로 플레이트 검사, 마이크로 어레이 및 "라이트업 프로브" 및 생체 내 이미징.[18]

핵산 라벨링

마이크로어레이 실험에서 DNA 또는 RNA는 N-히드록시수치이미딜에스테르(NHS-에스테르) 반응성 그룹을 운반하기 위해 합성된 Cy3 또는 Cy5로 라벨링됩니다.NHS에스테르는 핵산이 부족한 지방족 아민기와만 쉽게 반응하기 때문에 뉴클레오티드는 아미노알릴기로 수정해야 한다.이것은 합성 반응 중에 아미노알릴 수식 뉴클레오티드를 통합함으로써 이루어진다.적절한 비율은 레이블이 서로 너무 가까이 있지 않도록 60개 기준마다 레이블이 표시되므로 담금질 효과가 발생합니다.

단백질 라벨링

단백질 표기의 경우 Cy3 및 Cy5 염료는 때때로 아민과 반응하는 숙시니미딜기 또는 시스테인 잔기의 술프하이드릴기와 반응하는 말레이미드기를 포함한다.

Cy5는 전자 환경에 민감하다.부착된 단백질의 구조 변화는 배출량을 증가시키거나 담금질한다.이 변화의 속도는 효소 운동 매개변수를 결정하기 위해 측정될 수 있다.염료는 FLET 실험에서도 유사한 목적으로 사용될 수 있습니다.

Cy3와 Cy5는 단백질학 실험에 사용되며, 두 소스의 샘플이 혼합되어 분리 [19][20]과정을 통해 함께 실행될 수 있습니다.이렇게 하면 표본을 개별적으로 실행할 경우 불가피하게 발생하는 다양한 실험 조건으로 인한 변동이 제거됩니다.이러한 변화는 분리가 완료된 후 컴퓨터를 사용하여 데이터 수집을 자동화하는 것을 불가능하지는 않더라도 매우 어렵게 만듭니다.이러한 염료를 사용하면 자동화가 간단해집니다.

어원학

The word cyanin is from the English word "cyan", which conventionally means a shade of blue-green (close to "aqua") and is derived from the Greek κυάνεος/κυανοῦς kyaneos/kyanous which means a somewhat different color: "dark blue".

레퍼런스

  1. ^ Kvach, Maksim V.; Ustinov, Alexey V.; Stepanova, Irina A.; Malakhov, Andrei D.; Skorobogatyi, Mikhail V.; Shmanai, Vadim V.; Korshun, Vladimir A. (2008). "A Convenient Synthesis of Cyanine Dyes: Reagents for the Labeling of Biomolecules". European Journal of Organic Chemistry. 2008 (12): 2107–2117. doi:10.1002/ejoc.200701190. ISSN 1099-0690.
  2. ^ "Cyanine dyes".
  3. ^ Kim, Eunha; Park, Seung Bum (2010). "Discovery of New Synthetic Dyes: Targeted Synthesis or Combinatorial Approach?". In Demchenko, Alexander P. (ed.). Advanced Fluorescence Reporters in Chemistry and Biology I: Fundamentals and Molecular Design Volume 8 of Springer Series on Fluorescence. Berlin: Springer. p. 172. ISBN 9783642047022.
  4. ^ a b Berneth, Horst (2008). "Methine Dyes and Pigments". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a16_487.pub2.
  5. ^ a b Ernst LA, Gupta RK, Mujumdar RB, Waggoner AS (Jan 1989). "Cyanine dye labeling reagents for sulfhydryl groups". Cytometry. 10 (1): 3–10. doi:10.1002/cyto.990100103. PMID 2917472.
  6. ^ "Archival Lifespan of TDK CD-R". cdrom2go.com. US Digital Media. Retrieved 3 April 2022.
  7. ^ Blower MD, Feric E, Weis K, Heald R (Dec 2007). "Genome-wide analysis demonstrates conserved localization of messenger RNAs to mitotic microtubules". The Journal of Cell Biology. 179 (7): 1365–73. doi:10.1083/jcb.200705163. PMC 2373496. PMID 18166649.
  8. ^ a b 시아닌 물감
  9. ^ a b Mujumdar B, Ernst A, Mujumdar SR, Lewis CJ, Waggoner AS (Mar 1993). "Cyanine dye labeling reagents: Sulfoindocyanine succinimidyl esters". Bioconjugate Chemistry. 4 (2): 105–111. doi:10.1021/bc00020a001. PMID 7873641.
  10. ^ Umezawa K, Matsui A, Nakamura Y, Citterio D, Suzuki K (2009). "Bright, color-tunable fluorescent dyes in the Vis/NIR region: establishment of new "tailor-made" multicolor fluorophores based on borondipyrromethene". Chemistry. 15 (5): 1096–106. doi:10.1002/chem.200801906. PMID 19117043.
  11. ^ Levitus, Marcia; Ranjit, Suman (2011). "Cyanine dyes in biophysical research: the photophysics of polymethine fluorescent dyes in biomolecular environments". Quarterly Reviews of Biophysics. 44 (1): 123–151. doi:10.1017/S0033583510000247. ISSN 1469-8994. PMID 21108866.
  12. ^ Jackson ImmunoResearch. "Cyanine Dyes (Cy2, Cy3, and Cy5)". Retrieved 2008-10-31.
  13. ^ "Cyandye, LLC". Archived from the original on 2018-10-03. Retrieved 2013-11-01.
  14. ^ SETA 바이오메디컬
  15. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2015-01-26. Retrieved 2015-01-26.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  16. ^ FluoProbes488과 FITC, 시아닌2와의 비교
  17. ^ 공초점 현미경 검사에서 FluoProbes547H 비교
  18. ^ Armitage, Bruce A. (27 January 2005). "Cyanine Dye–DNA Interactions: Intercalation, Groove Binding, and Aggregation". DNA Binders and Related Subjects. Topics in Current Chemistry. Vol. 253. pp. 55–76. doi:10.1007/b100442. ISBN 978-3-540-22835-6.
  19. ^ Unlü M, Morgan ME, Minden JS (Oct 1997). "Difference gel electrophoresis: a single gel method for detecting changes in protein extracts". Electrophoresis. 18 (11): 2071–7. doi:10.1002/elps.1150181133. PMID 9420172. S2CID 604007.
  20. ^ Osterman IA, Ustinov AV, Evdokimov DV, Korshun VA, Sergiev PV, Serebryakova MV, Demina IA, Galyamina MA, Govorun VM, Dontsova OA (Jan 2013). "A nascent proteome study combining click chemistry with 2DE" (PDF). Proteomics. 13 (1): 17–21. doi:10.1002/pmic.201200393. PMID 23161590. Archived from the original (PDF) on 2015-06-30. Retrieved 2015-06-27.

외부 링크

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