Excited state proton transfer (ESPT) of pyranine (8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonate, HPTS) in a live Chinese hamster ovary (CHO) cell is studied by time resolved confocal microscopy. The cytoplasm region of the cell is stained by a photoacid, HPTS (HA). The time constant of initial proton transfer (τPT) in the cell is found to be ∼10 times longer than that in bulk water, while the time constants of recombination (τrec) and dissociation (τdiss) in the cell are ∼3 times and ∼2 times longer, respectively. The slower rate of proton transfer (∼10 times) inside the CHO cell compared to that in bulk water is ascribed to slower solvation dynamics, lower availability of free water molecules, and disruption of hydrogen-bond network inside the cell. Translational and rotational diffusion of HPTS inside a single CHO cell have been investigated by fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and picosecond anisotropy measurement, respectively. Both the translational and rotational diffusion slow down inside the live cell. FCS studies indicate that HPTS remains tightly bound to a macromolecule inside the cell.
REFERENCES
1.
R.
Mackinnon
, Nobel Lecture, December 8, 2003
;J. H.
Morais-Cabral
, Y.
Zhou
, and R.
Mackinnon
, Nature (London)
414
, 37
(2001
).2.
M.
Wikstrom
and G.
Hummer
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
109
, 4431
(2012
).3.
C. M.
Maupin
, N.
Castillo
, S.
Taraphder
, C.
Tu
, R.
McKenna
, D. N.
Silverman
, and G. A.
Voth
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 6223
(2011
).4.
I.
Tunon
and J. T.
Hynes
, ChemPhysChem
12
, 184
(2011
).5.
A.
Golan
, K. B.
Bravaya
, R.
Kudirka
, O.
Kostko
, S. R.
Leone
, A. I.
Krylov
, and M.
Ahmed
, Nat. Chem.
4
, 323
(2012
).6.
S.
Wang
, R.
Bianco
, and J. T.
Hynes
, Phys. Chem. Chem. Phys.
12
, 8241
(2010
).7.
S.
Yamaguchi
, K.
Bhattacharyya
, and T.
Tahara
, J. Phys. Chem. C
115
, 4168
(2011
).8.
D. B.
Spry
and M. D.
Fayer
, J. Phys. Chem. B
113
, 10210
(2009
).9.
D. B.
Spry
, A.
Goun
, K.
Glusac
, D. E.
Moilanen
, and M. D.
Fayer
, J. Am. Chem. Soc.
129
, 8122
(2007
).10.
E. S. S.
Iyer
and A.
Datta
, J. Phys. Chem. B
116
, 5302
(2012
).11.
E. S. S.
Iyer
and A.
Datta
, J. Phys. Chem. B
115
, 8707
(2011
).12.
T.
Mondal
, S.
Ghosh
, A. K.
Das
, A. K.
Mandal
, and K.
Bhattacharyya
, J. Phys. Chem. B
116
, 8105
(2012
).13.
M. J.
Cox
, B. J.
Siwick
, and H. J.
Bakker
, ChemPhysChem
10
, 236
(2009
).14.
N. K.
Lifshin
, I.
Presiado
, Y.
Erez
, R.
Gepshtein
, D.
Shabat
, and D.
Huppert
, J. Phys. Chem. A
116
, 85
(2012
).15.
E. A.
Gould
, A. V.
Popov
, L. M.
Tolbert
, I.
Presiado
, Y.
Erez
, D.
Huppert
, and K. M.
Solntsev
, Phys. Chem. Chem. Phys.
14
, 8964
(2012
).16.
N.
Agmon
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 16548
(2011
).17.
B. J.
Ka
and W. H.
Thompson
, J. Phys. Chem. A
116
, 832
(2012
).18.
W. H.
Thompson
, Annu. Rev. Phys. Chem.
62
, 599
(2011
).19.
O. F.
Mohammed
, D.
Pines
, J.
Dreyer
, E.
Pines
, and E. T. J.
Nibbering
, Science
310
, 83
(2005
).20.
M. J.
Cox
and H. J.
Bakker
, J. Chem. Phys.
128
, 174501
(2008
).21.
O. F.
Mohammed
, D.
Pines
, E.
Pines
, and E. T. J.
Nibbering
, Chem. Phys.
341
, 240
(2007
).22.
M. J.
Cox
, R. L. A.
Timmer
, H. J.
Bakker
, S.
Park
, and N.
Agmon
, J. Phys. Chem. A
113
, 6599
(2009
).23.
T. B.
McAnaney
, E. S.
Park
, G. T.
Hanson
, S. J.
Remington
, and S. G.
Boxer
, Biochemistry
41
, 15489
(2002
).24.
C. C.
Overly
, K. D.
Lee
, E.
Berthiaume
, and P. J.
Hollenbeck
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
92
, 3156
(1995
).25.
A. B.
Kotlyar
, N.
Borovok
, S.
Kiryati
, E.
Nachliel
, and M.
Gutman
, Biochemistry
33
, 873
(1994
)26.
A.
Battisti
, M. A.
Digman
, E.
Gratton
, B.
Storti
, F.
Beltrama
, and R.
Bizzarriz
, Chem. Commun.
48
, 5127
(2012
).27.
N.
Strömberg
, E.
Mattsson
, and A.
Hakonen
, Anal. Chim. Acta
636
, 89
(2009
).28.
B. S.
Gan
, E.
Krump
, L. D.
Shrode
, and S.
Grinstein
, Am. J. Physiol.: Cell Physiol.
275
, C1158
(1998
).29.
A.
Pena
, J.
Ramirez
, G.
Rosas
, and M.
Calahorra
, J. Bacteriol.
177
, 1017
(1995
).30.
S.
Chen
, Y.
Hong
, Y.
Liu
, J.
Liu
, C. W. T.
Leung
, M.
Li
, R. T. K.
Kwok
, E.
Zhao
, J. W. Y.
Lam
, Y.
Yu
, and B. Z.
Tang
, J. Am. Chem. Soc.
135
, 4926
(2013
).31.
D.
Zhong
, S. K.
Pal
, and A. H.
Zewail
, Chem. Phys. Lett.
503
, 1
(2011
).32.
B.
Jana
and B.
Bagchi
, Chem. Soc. Rev.
39
, 1936
(2010
).33.
K.
Bhattacharyya
, Chem. Commun. (Cambridge)
2008
, 2848
.34.
D. K.
Sasmal
, S.
Ghosh
, A. K.
Das
, and K.
Bhattacharyya
, Langmuir
29
, 2289
(2013
).35.
A.
Adhikari
, K.
Sahu
, S.
Dey
, S.
Ghosh
, U.
Mandal
, and K.
Bhattacharyya
, J. Phys. Chem. B
111
, 12809
(2007
).36.
C.
Ghatak
, V. G.
Rao
, S.
Ghosh
, S.
Mandal
, and N.
Sarkar
, J. Phys. Chem. B
115
, 12514
(2011
).37.
R.
Jimenez
, G. R.
Fleming
, P. V.
Kumar
, and M.
Maroncelli
, Nature (London)
369
, 471
(1994
).38.
T. H.
Tran-Thi
, C.
Prayer
, P.
Millie
, P.
Uznanski
, and J. T.
Hynes
, J. Phys. Chem. A
106
, 2244
(2002
).39.
S.
Sen Mojumdar
, T.
Mondal
, A. K.
Das
, S.
Dey
, and K.
Bhattacharyya
, J. Chem. Phys.
132
, 194505
(2010
).40.
M.
Saeki
, S. I.
Ishiuchi
, M.
Sakai
, and M.
Fuji
, J. Phys. Chem. A
105
, 10045
(2001
).41.
P.
Leiderman
, R.
Gepshtein
, A.
Uritski
, L.
Genosar
, and D.
Huppert
, J. Phys. Chem. A
110
, 5573
(2006
).42.
D.
Huppert
, E.
Kolodney
, M.
Gutman
, and E.
Nachliel
, J. Am. Chem. Soc.
104
, 6949
(1982
).43.
B.
Cohen
, C. M.
Alvarez
, N. A.
Carmona
, J. A.
Organero
, and A.
Douhal
, J. Phys. Chem. B
115
, 7637
(2011
).44.
B.
Cohen
, D.
Huppert
, K. M.
Solntsev
, Y.
Tsfadia
, E.
Nachliel
, and M.
Gutman
, J. Am. Chem. Soc.
124
, 7539
(2002
).45.
G. J.
Zhao
and K. L.
Han
, Acc. Chem. Res.
45
, 404
(2012
).46.
G. J.
Zhao
, J. Y.
Liu
, L. C.
Zhou
, and K. L.
Han
, J. Phys. Chem. B
111
, 8940
(2007
).47.
G. J.
Zhao
and K. L.
Han
, Biophys. J.
94
, 38
(2008
).48.
P.
Hamm
, M.
Zurek
, W.
Mantele
, M.
Meyer
, H.
Scheer
, and W.
Zinth
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
92
, 1826
(1995
).49.
S.
Woutersen
, U.
Emmerichs
, and H. J.
Bakker
, Science
278
, 658
(1997
).50.
G. M.
Gale
, G.
Gallot
, F.
Hache
, N.
Lascoux
, S.
Bratos
, and J-CI.
Leicknam
, Phys. Rev. Lett.
82
, 1068
(1999
).51.
S. K.
Mondal
, K.
Sahu
, S.
Ghosh
, P.
Sen
, and K.
Bhattacharyya
, J. Phys. Chem. A
110
, 13646
(2006
).52.
J. R.
Lakowicz
, Principles of Fluorescence Spectroscopy
, 3rd ed. (Springer
, New York
, 2006
), Chaps. 6, 7, 10, and 24.53.
R.
Krahl
, A.
Bülter
, and F.
Koberling
, Technical Note, PicoQuant, GmbH, 2005
, see http://www.picoquant.com/technotes/technote_pdm.pdf.54.
J. J.
Fisz
, J. Phys. Chem. A
111
, 8606
(2007
).55.
Z.
Petrasek
and P.
Schwille
, Biophys. J.
94
, 1437
(2008
).56.
L.
Giestas
, C.
Yihwa
, J. C.
Lima
, C.
Vautier-Giongo
, A.
Lopes
, A. L.
Macanita
, and F. H.
Quina
, J. Phys. Chem. A
107
, 3263
(2003
).57.
T.
Mondal
, A. K.
Das
, D. K.
Sasmal
, and K.
Bhattacharyya
, J. Phys. Chem. B
114
, 13136
(2010
).58.
R.
Bauernschmitt
, R.
Ahlrichs
, F. H.
Hennrich
, and M. M.
Kappes
, J. Am. Chem. Soc.
120
, 5052
(1998
).59.
M. J.
Frisch
, G. W.
Trucks
, H. B.
Schlegel
et al, GAUSSIAN 03, Revision C.02, Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2004
.60.
A. D.
Becke
, J. Chem. Phys.
98
, 5648
(1993
).61.
J.
Tomasi
, B.
Mennuci
, and R.
Cammi
, Chem. Rev.
105
, 2999
(2005
).62.
T.
Kalwarczyk
, N.
Zie-bacz
, A.
Bielejewska
, E.
Zaboklicka
, K.
Koynov
, J.
Szymanski
, A.
Wilk
, A.
Patkowski
, J.
Gapinski
, H.
Butt
, and R.
Hozyst
, Nano Lett.
11
, 2157
(2011
).63.
A. M.
Mastro
and A. D.
Keith
, J. Cell. Biol.
99
, 180
(1984
).64.
B.
Schobert
and D.
Marsh
, Biochim. Biophys. Acta
720
, 87
(1982
).65.
K.
Luby-Phelps
, D. L.
Taylor
, and F.
Lanni
, J. Cell Biol.
102
, 2015
(1986
).66.
I.
Lang
, M.
Scholz
, and R.
Peters
, J. Cell Biol.
102
, 1183
(1986
).67.
E.
Dauty
and A. S.
Verkman
, J. Biol. Chem.
280
, 7823
(2005
).68.
S.
Ghosh
, S.
Dey
, U.
Mandal
, A.
Adhikari
, S. K.
Mondal
, and K.
Bhattacharyya
, J. Phys. Chem. B
111
, 13504
(2007
).69.
K.
Bhattacharyya
, K.
Hara
, N.
Kometani
, Y.
Uozu
, and O.
Kajimoto
, Chem. Phys. Lett.
361
, 136
(2002
).70.
S. K.
Mondal
, S.
Ghosh
, K.
Sahu
, P.
Sen
, and K.
Bhattacharyya
, J. Chem. Sci.
119
, 71
(2007
).71.
M.
Tuckerman
, K.
Laasonen
, M.
Sprik
, and M.
Parrinello
, J. Phys. Chem.
99
, 5749
(1995
).72.
O.
Markovitch
, H.
Chen
, S.
Izvekov
, F.
Paesani
, G. A.
Voth
, and N.
Agmon
, J. Phys. Chem. B
112
, 9456
(2008
).73.
D.
Marx
, A.
Chandra
, and M. E.
Tuckerman
, Chem. Rev.
110
, 2174
(2010
).74.
K.
Bhattacharyya
, Acc. Chem. Res.
36
, 95
(2003
).75.
S. W.
Rick
, S. J.
Stuart
, and B. J.
Berne
, J. Chem. Phys.
101
, 6141
(1994
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
