Biophysics · 10.13

Förster resonance energy transfer（FRET）

FRET

🧠 Förster共鳴エネルギー移動は、供与体donor供与体（donor）donor（供与体）と受容体が数nmまで近づいたとき、供与体donor供与体（donor）donor（供与体）の励起エネルギーが光子を介さず受容体へ移る現象である。

エネルギー移動の条件

供与体donor供与体（donor）donor（供与体）の発光スペクトルemission spectrum発光スペクトル（emission spectrum）emission spectrum（発光スペクトル）と受容体の吸収スペクトルabsorption spectrum吸収スペクトル（absorption spectrum）absorption spectrum（吸収スペクトル）が重なること、遷移双極子dipole双極子（dipole）dipole（双極子）の配向が適切であること、両者が近接することが必要である。通常の蛍光の再吸収とは異なり、放出光子が空間を飛ぶ過程ではない。

距離の6乗依存性

FRET効率 $E$ は、分子間距離 $r$ とFörster距離 $R_0$ を用いて

E=\frac{1}{1+(r/R_0)^6}

と表される。 $R_0$ は $E=0.5$ となる距離で、色素対ごとに決まる。6乗依存性により1–10 nm程度の近接には敏感だが、それより遠い距離の測定には向かない。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='donor'>供与体</span>を選択的に励起"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='donor'>供与体</span>と受容体が数nm以内"]
  B --> C["非放射的エネルギー移動"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='donor'>供与体</span>蛍光・寿命が低下"]
  C --> E["受容体蛍光が増加"]
  D --> F["分子間距離・相互作用を推定"]

生体分子測定

蛍光顕微鏡fluorescence microscope蛍光顕微鏡（fluorescence microscope）fluorescence microscope（蛍光顕微鏡）で蛋白質間相互作用、構造変化conformational change構造変化（conformational change）conformational change（構造変化）、酵素活性を可視化できる。ただし色素濃度、直接励起、漏れ込み、配向の変化を補正しないと距離だけの変化とは断定できない。

まとめ

FRETは供与体donor供与体（donor）donor（供与体）から近接受容体への非放射的エネルギー移動である。
効率は距離の6乗に依存し、数nmの分子定規scale定規（scale）scale（定規）となる。
スペクトル重なりと配向も効率を変えるため、適切な対照が必要である。