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Lexikon der Biologie: Fluoreszenz

Fluoreszenz w [von *fluor- ], Wiederausstrahlung von Licht gleicher oder größerer Wellenlänge (Welle) nach Lichteinwirkung auf Materie (Absorption, Abb.), in der Bioanalytik besonders nach Lichteinwirkung auf Moleküle, die UV-Licht (Ultraviolett; Nucleotide, Nucleinsäuren, Proteine) oder sichtbares Licht (Carotinoide, Chlorophyll) absorbieren. Die durch die Lichteinwirkung in einen angeregten Zustand (Anregung, Abb.) versetzten Atome kehren mit der spontanen Lichtemission in den Grundzustand zurück. Im Gegensatz zur Phosphoreszenz, die wie die Fluoreszenz eine Form der Lumineszenz darstellt, geschieht die Lichtabstrahlung mit 10–9–10–6 Sekunden sehr rasch nach der Anregung. – Fluoreszenz ist der wesentliche Faktor bei der Weiterleitung der von den Antennenpigmenten aufgenommenen Lichtquanten in der Photosynthese, wobei die Übertragung der Anregungs-Energie durch die räumliche Anordnung der Antennenpigmente sowie die Überlappung von Emissionsspektren der übertragenden mit den Absorptionsspektren der aufnehmenden Pigmente ermöglicht wird. Auf Fluoreszenz basierende Analyse-, Nachweis- und Meßverfahren sind bedeutende Elemente moderner biologischer Forschung geworden und haben in vielen Bereichen auf Radioaktivität basierende Methoden (Autoradiographie) ergänzt oder ganz verdrängt. Bei Anwendungen auf Basis von Fluoreszenz ist zu beachten, daß Überlagerungen von Absorptions- und Emissionsbanden die Quantenausbeute verringern oder zu einer Rotverschiebung der Emissionsbanden führen können. Diese Effekte sind durch entsprechende Filterkombinationen zu eliminieren. Hohe Konzentrationen fluoreszierender Moleküle haben außerdem Fluoreszenzauslöschung (Quenching) durch verschiedene Wechselwirkungen der Moleküle untereinander zur Folge. Zuletzt muß geklärt werden, ob die zu untersuchenden Substanzen intrinsische Fluoreszenz (Primärfluoreszenz) besitzen, also selbst Fluorophore tragen, oder Fluorochrome als sog. Fluoreszenzsonden zur Erzeugung extrinsischer Fluoreszenz (Sekundärfluoreszenz) eingebracht werden müssen. Die Intensität des Fluoreszenzlichts wird z.B. zur Konzentrationsbestimmung fluoreszierender Substanzen (Fluorimetrie), zur Trennung von Zellpopulationen (FACS) sowie zu Proteinfaltungsstudien (assisted self-assembly, Proteine) herangezogen. Die Abhängigkeit der Intensität des bei Fluoreszenz wieder ausgestrahlten Lichts von der Wellenlänge ergibt das Fluoreszenzspektrum (Fluoreszenzspektroskopie), das sich zur Identifizierung und Strukturaufklärung von Molekülen und Molekülkomplexen eignet. Die spezifische Sichtbarmachung von Makromolekülen, Zellstrukturen oder ganzen Zellen durch Kopplung mit fluoreszierenden Stoffen (Fluoreszenzmarkierung, Fluoreszenzmikroskopie, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung) ist eine wichtige Methode zur Strukturanalyse bzw. Lokalisation von Makromolekülen und Zellkomponenten. Mittels Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie lassen sich Molekülbeweglichkeiten sowie geringste Konzentrationen von Substanzen nachweisen. Durch Kombination von spektroskopischen Methoden und Video-Mikroskopie können Transportvorgänge innerhalb der Zelle sowie Veränderungen der Membranfluidität und von Membranpotentialen analysiert werden. Eine weitere Anwendung sind fluoreszierende Reportergen-Systeme (Reportergen; vor allem des grünfluoreszierenden Proteins) zur Untersuchung von Transkriptionsprozessen (Transkription). Auch die Sequenzierung von DNA, RNA und Proteinen sowie deren Nachweis im Rahmen der verschiedenen blotting-Techniken oder in Form von Biochips werden heute routinemäßig unter Nutzung der Fluoreszenz durchgeführt. Autofluoreszenz, Fluorimeter, Fluorographie, Immunfluoreszenz.

M.B.

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