Ultrafast dynamics in the excited state of green fluorescent protein (wt) studied by frequency-resolved femtosecond pump-probe spectroscopy

文献情報

出版日
DOI 10.1039/B108843B
インパクトファクター 3.676
著者

Kathrin Winkler, Jörg Lindner, Vinod Subramaniam, Thomas M. Jovin, Peter Vöhringer


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要旨

The time and frequency resolved optical response of wild-type green fluorescent protein (wt-GFP) has been measured at room temperature following 30 fs, 400 nm photo-excitation. In the wavelength range covering the stationary fluorescence spectrum of the protein, the stimulated emission rises on a time scale of roughly 20 ps due to excited-state proton-transfer (ESPT). The rise can be described phenomenologically by a sum of two exponentials. A long-time isosbestic behavior on the blue edge of the stationary emission implies a barrier for ESPT which is significantly larger than thermal excitations. In addition, an instantaneous component to the stimulated emission appears within the time resolution of our experiment. This observation is indicative of non-vertical cross-well transitions that prepare the proton-transferred configuration of the excited state directly from the equilibrium geometry of the ground-state neutral species during photo-excitation. Finally, transient absorptions around 500 nm and 650 nm can be observed, which are attributed to transitions from different protonated forms of the excited-state of GFP to higher lying electronic configurations, Sn. The entire optical response of GFP is quantitatively simulated using a dynamic model that includes: (i) an energy-dependent rate coefficient for ESPT, (ii) intra- and intermolecular transfer of excess vibrational energy (IVR and VET), and (iii) an additional non-radiative decay pathway for the initially prepared Franck–Condon state leading to internal conversion via motion along a torsional coordinate. In particular, the nonexponential nature of the ESPT originates from overlapping time scales of reactive and non-reactive elementary processes following optical excitation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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