The dynamics of proton transfer at the C side of the mitochondrial membrane: Picosecond and microsecond measurements

Abstract

The excited-state proton emitter, pyranine (8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonate), was introduced into the inner aqueous space of inside-out submitochondrial particles (SMP). Upon initiation of respiration, the dye recorded acidification of this space. Incorporation of high concentrations of the dye (approximately 100 nmol/mg of protein) had no effect on the respiratory functions of the vesicles, nor on their capacity to execute delta microH(+)-coupled reverse electron transfer. The respiratory control ratio (RCR) remained as high as RCR > 4. Pulse irradiation of the dye caused photodissociation of the proton from the 8-hydroxy position. The release of the proton and its reaction with the matrix of the inner space of SMP were monitored at two time intervals: nanosecond fluorimetry measured the dissociation of the proton from the excited dye molecule (phi OH*), while microsecond spectroscopy followed the reaction between the proton and the ground-state anion (phi O-). Numerical integration of the differential rate equations describes the diffusion of protons in the perturbed system. The nanosecond measurements yield the physical characteristics of the aqueous phase that dissolves the dye. The apparent dielectric constant of that space is rather low (epsilon = 20). The diffusion coefficient of the proton is 2.3 x 10(-5) cm2/s, and the activity of water is aH2O = 0.87. All of these values imply that a large fraction of the intervesicular aqueous phase is taken up by the hydration layer of the lipids and proteins of the C side of the membrane. The microsecond dynamics measurements indicate that the rates of proton binding to the membrane surface components reach an equilibrium within 60 microseconds.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Dual Fluorescence in a Schiff Base Derived from an Acridinedione Dye. Excited State Intramolecular Proton Transfer

“…1 Photoinduced proton transfer, which is a representative of a limited number of adiabatic photochemical processes giving rise to fluorescence with an abnormally large Stokes shift, 2 plays an important role in biophysics, 3 and has practical application in technology, for example, in organic scintillators. 4 Among the molecular systems characterised by excited state proton transfer, both efficient organic photochromes 5 and polymer ultraviolet stabilisers 6 are of much interest.…”

Aplicação de modelos simples em fenômenos envolvendo monocamadas e micelas

“…Como sistemas modelos de microcavidade, o estudo da transferência de prótons em micelas reversas (Valeur & Bardez, 1989;Politi et al, 1985) e vesículas (Kotlyar et al, 1994) pode ser útil. O estudo da transferência é feito usando sondas fluorescentes que são mais ácidas no estado excitado do que no estado fundamental (pKa * <pKa).…”

“…O estudo da transferência é feito usando sondas fluorescentes que são mais ácidas no estado excitado do que no estado fundamental (pKa * <pKa). Depois de excitada, a sonda (S) libera o próton e retorna rapidamente ao seu estado fundamental, seguindo o ciclo abaixo (Förster & Volkers, 1975): A evolução temporal da reprotonação no estado fundamental é acompanhada por meio de absorção UV-VIS da sonda na sua forma ácida ou básica (Kotlyar et al, 1994;Valeur & Bardez, 1989;Politi et al, 1985). No estado excitado, é usada a espectroscopia de fluorescência no domínio do tempo ou freqüência (Kotlyar et al, 1994;Lakowicz et al, 1990;Valeur & Bardez, 1989;Politi et al, 1985).…”

“…Tanto em micelas reversas como em vesículas, as constantes de velocidade (pseudo-primeira ordem) de reprotonação e deprotonação no estado fundamental e excitado são mais rápidas do que em meio isotrópico (Kotlyar et al, 1994;Valeur & Bardez, 1989;Politi et al, 1985). Sugere-se que o aumento da velocidade esteja relacionado com: um volume menor de reação, pH local mais ácido do que pH bulk, diminuição da constante dielétrica e da atividade da água, partição da sonda entre interface e centro da microcavidade, etc (Valeur & Bardez, 1989;Politi et al, 1985;El Seoud, 1984).…”

“…Simulação computacional (Linse, 1989), dados de ressonância magnética nuclear (Wong et al, 1977) e reconstrução da curva de decaimento de fluorescência de sonda prototrópica (Kotlyar et al, 1994;Shimoni et al, 1993) indicam que o coeficiente de auto-difusão para íons em uma microcavidade deve ser menor do que em água bulk devido às restrições espaciais e orientação dos dipolos. Dentro do modelo apresentado, ainda é possível fazer uma estimativa de quanto o coeficiente de auto-difusão de uma espécie iônica diminui em função de W 0 via perturbação da equação de DebyeSmoluchowski em termos de um campo externo (Jönsson et al, 1986;Bell, 1964 O abaixamento da constante dielétrica faz a interação média partícula-micela reversa mais atrativa prendendo por mais tempo a espécie iônica na vizinhança da interface pool aquoso-AOT.…”