利用法蘭克-康登擬合綠色螢光蛋白質發色團的吸收與螢光光譜

黃琮偉

doi:10.6842/NCTU.2011.00301

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利用法兰克-康登拟合绿色萤光蛋白质发色团的吸收与萤光光谱

Franck-Condon Simulation of Absorption and Fluorescence Spectra for GFP Chromophore

黄琮伟 , 硕士　　导师：朱超原　　

英文 DOI： 10.6842/NCTU.2011.00301

绿色萤光蛋白质；红色萤光蛋白质；法兰克-康登拟合；吸收光谱；萤光光谱；均匀与非均匀加宽；非简谐修正；极化连续模型；含时密度泛函理论；单电子激发组态交互作用； Green fluorescent protein (GFP) ； Red fluorescent protein (RFP) ； Franck-Condon simulation ； Absorption spectra ； Fluorescence spectra ； Homogenous and inhomogenous broadening ； Anharmonic correction ； Polarizable continuum model (PCM) ； Time-dependent density functional theory (TD-DFT) ； Configuration interaction singles (CIS)

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The GFP chromophore is formed by the intramolecular reaction from tripeptide serine-65 (Ser65), tyrosin-66 (Tyr66), and glycine-67 (Gly67) in the native protein for the primary structure while the chromophore in DsRed is also formed from the three amino acids which are glutamine-66 (Gln66), tyrosin-67 (Tyr67), and glycine-68 (Gly68) for the primary structure. Both the GFP and DsRed chromophores share the same 4-hydroxybenzylideneimidazolinone core, but the linkages at the imidazolinone ring are different. The extension of the conjugated Π-system in the chromophore may cause the significant red shift of the DsRed absorption properties compared to those of GFP.
  In the present work, we demonstrate the absorption and fluorescence spectra of the GFP and DsRed chromophore in Franck-Condon simulation with including homogenous broadening, inhomogenous broadening, harmonic, and anharmonic discussions. Three different exchange-correlation functionals (B3LYP, B3LYP-35, and BHandHLYP) of density functional theory (DFT) and Hartree-Fock (HF) method with and without the polarizable continuum model (PCM) were used for the ground state. At the same level of ab initio methods for the excited states, time-dependent density functional theory (TD-DFT) verse DFT and configuration interaction singles (CIS) verse HF, respectively. 
  The results presented in this study demonstrate that peak position and spectral widths of both absorption and fluorescence spectra for HBDI agree with experimental observations.

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