New fluorescent probes for ATP and other phosphates

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	14 June 2012
Referee:	Prof. Dr. Otto S. Wolfbeis
Date of exam:	6 June 2012
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik > Chemo- und Biosensorik (Prof. Antje J. Bäumner, formerly Prof. Wolfbeis)
Keywords:	detection of phosphate, fluorescence, NIR
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	24846

Abstract (English)

Phosphate-sensitive probes have been synthesized and characterized. The focus was on the (bio)phosphates ATP, ADP, AMP, cAMP, GTP, GDP, GMP, cGMP, Pi and PPi. One design is utilizing the quenching of APTS or HPTS by viologen derivatives which is reversed upon addition of phosphates. Three viologens were tested for their applicability. The compound TEAPB in combination with HPTS yielded the most ...

Abstract (English)

Phosphate-sensitive probes have been synthesized and characterized. The focus was on the
(bio)phosphates ATP, ADP, AMP, cAMP, GTP, GDP, GMP, cGMP, Pi and PPi. One design
is utilizing the quenching of APTS or HPTS by viologen derivatives which is reversed upon
addition of phosphates. Three viologens were tested for their applicability. The compound
TEAPB in combination with HPTS yielded the most promising results. The probe allows for
discrimination between all phosphate species investigated. This analytical design offers good
resolution and sensitivity. It may be applied to monitoring enzyme activity, especially
enzymes dealing with adenosines (PQI) or guanosines (PQII). LOD is above 1μM. More
experiments and further characterization is required for future applications though. It is
disadvantageous for probing two phosphate species simultaneously.
The second detection scheme is based on a complex of zinc (2+) and a NIR dye FEW-L.
The probe [Zn(FEW-L)] is quenched by all phosphates (same species as above). Excitation
and emission spectra were recorded. In both cases all phosphates pertaining to possible
biological applications could be sensed. A good resolution coupled with good sensitivity
could be attested. Hence, this concept can be harnessed for future applications in monitoring
enzyme activity in general or ATPase in particular. It is most suitable for Pi and adenosines.
LOD is 1 μM and lower. Further characterization is needed in order to apply this sensing
scheme to the determination of enzyme activity. It remains to be seen if two or more
phosphate species can be probed simultaneously.

Translation of the abstract (German)

Phosphatsensitive Sonden wurden synthetisiert und charakterisiert. Der Fokus lag dabei auf Biophosphaten ATP, ADP, AMP, cAMP, GTP, GDP, GMP, cGMP, Pi und PPi. Eine Messanordnung macht sich das Quenchen von APTS oder HPTS durch Viologenderivate zu nutzen welches bei Zugabe von Posphaten umgekehrt wird. Drei Viologene wurden auf ihre Verwendbarkeit getestet. Die Verbindung TEAPB in Kombination mit ...

Translation of the abstract (German)

Phosphatsensitive Sonden wurden synthetisiert und charakterisiert. Der Fokus lag dabei auf
Biophosphaten ATP, ADP, AMP, cAMP, GTP, GDP, GMP, cGMP, Pi und PPi. Eine
Messanordnung macht sich das Quenchen von APTS oder HPTS durch Viologenderivate zu
nutzen welches bei Zugabe von Posphaten umgekehrt wird. Drei Viologene wurden auf ihre
Verwendbarkeit getestet. Die Verbindung TEAPB in Kombination mit HPTS lieferte die
vielversprechendsten Resultate. Die Sonde ermöglicht eine Unterscheidung zwischen allen
getesteten Phosphaten. Dieser analytische Aufbau bietet gute Auflösung und Sensitivität. Es
könnte möglicherweise dazu benutzt werden, Enzymaktivitäten zu verfolgen, besonders
solche Enzyme die mit Adenosinen (PQI) oder Guanosinen (PQII) zu tun haben. LOD ist
größer 1 μM. Mehr Experimente und eine weitere Charakterisierung sind für zukünftige
Anwendungen nötig. Es ist unvorteilhaft damit zwei Phosphatspezies gleichzeitig zu
detektieren.
Die zweite Messanordnung basiert auf einem Komplex aus Zink (+2) und einem NIR
Farbstoff FEW-L- Die Sonde [Zn(FEW-L)] wird von allen Phosphaten gequencht (die
gleichen wie oben wurden untersucht): Anregungs- und Emissionsspektren wurden
aufgenommen. In beiden Fällen konnten alle Phosphate die in biologischem Kontext wichtig
sind erkannt werden. Eine gute Auflösung zusammen mit einer guten Sensitivität konnte
attestiert werden. Deshalb kann dieses Konzept für zukünftige Anwendungen beim Verfolgen
von Enzymaktivität im Allgemeinen, oder ATPase im Besonderen, genutzt werden. Es ist am
besten geeignet für Pi und Adenosine. LOD ist 1 μM und kleiner. Weitere Charakterisierung
ist vonnöten um dieses Modell für die Bestimmung von Enzymaktivität zu nutzen. Es muß
noch gezeigt werden, ob zwei oder mehr Phosphatspezies nebeneinander bestimmt werden
können.

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