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Artículo

The carbonyl-lock mechanism underlying non-aromatic fluorescence in biological matter

Díaz Mirón, GonzaloIcon ; Semelak, Jonathan AlexisIcon ; Grisanti, Luca; Rodriguez, Alex; Conti, Irene; Stella, Martina; Velusamy, Jayaramakrishnan; Seriani, Nicola; Došlić, Nadja; Rivalta, Ivan; Garavelli, Marco; Estrin, Dario ArielIcon ; Kaminski Schierle, Gabriele S.; González Lebrero, Mariano CamiloIcon ; Hassanali, Ali; Morzan, Uriel N.
Fecha de publicación: 11/2023
Editorial: Nature
Revista: Nature Communications
ISSN: 2041-1723
Idioma: Inglés
Tipo de recurso: Artículo publicado
Clasificación temática:
Física Atómica, Molecular y Química

Resumen

Challenging the basis of our chemical intuition, recent experimental evidencereveals the presence of a new type of intrinsic fluorescence in biomoleculesthat exists even in the absence of aromatic or electronically conjugated che-mical compounds. The origin of this phenomenon has remained elusive so far.In the present study, we identify a mechanism underlying this new type offluorescence in different biological aggregates. By employing non-adiabatic abinitio molecular dynamics simulations combined with a data-driven approach,we characterize the typical ultrafast non-radiative relaxation pathways activein non-fluorescent peptides. We show that the key vibrational mode for thenon-radiative decay towards the ground state is the carbonyl elongation. Non-aromatic fluorescence appears to emerge from blocking this mode with stronglocal interactions such as hydrogen bonds. While we cannot rule out theexistence of alternative non-aromatic fluorescence mechanisms in other sys-tems, we demonstrate that this carbonyl-lock mechanism for trapping theexcited state leads to the fluorescence yield increase observed experimentally,and set the stage for design principles to realize novel non-invasive bio-compatible probes with applications in bioimaging, sensing, andbiophotonics.
Palabras clave: fluorescence , TD-DFT , QM-MM
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info:eu-repo/semantics/openAccess Excepto donde se diga explícitamente, este item se publica bajo la siguiente descripción: Creative Commons Attribution 2.5 Unported (CC BY 2.5)
Identificadores
URI: http://hdl.handle.net/11336/255196
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-023-42874-3
Colecciones
Articulos(INQUIMAE)
Articulos de INST.D/QUIM FIS D/L MATERIALES MEDIOAMB Y ENERGIA
Citación
Díaz Mirón, Gonzalo; Semelak, Jonathan Alexis; Grisanti, Luca; Rodriguez, Alex; Conti, Irene; et al.; The carbonyl-lock mechanism underlying non-aromatic fluorescence in biological matter; Nature; Nature Communications; 14; 1; 11-2023; 1-13
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