Die bedeutende Rolle der intrazellulären Ca2+ ist weithin bekannt1. Die Quantifizierung von [Ca2+] ist wesentlich, um die Prozesse der zellulären physiologischen Funktionen zu verstehen. Fura-2-Analoga sind sehr nützlich, da sie im UV-Bereich (<400 nm) angeregt werden und die ratiometrische Methode für die quantitative Messung angewendet werden kann. Daher können andere physiologische Parameter wie pH,H,H., Membranpotenzial usw. mit anderen Fluoreszenzfarbstoffen gemessen werden. Die mitochondriale Ca2+-Konzentration ([Ca2+]m) lag den Angaben zufolge bei 0,08 x 20 ,2,3,4,5. Unter fura-2 Analoga eignet sich fura-2-FF zur Messung dieses Bereichs von [Ca2+]. Allerdings enthalten die lebenden Zellen leider NADH/NADPH für ihre Stoffwechselprozesse, und NADH erzeugt Signalstörungen aufgrund der überlappenden Anregungs- und Emissionsspektren mit dem fura-2 Analog. Diese Interferenz schränkt die Verwendung von fura-2 Analogen stark ein. Insbesondere, wenn das Analoge angewendet wird, um mitochondrial [Ca2+] zu messen, ist diese Interferenz das größte Hindernis, da die höchste Menge an NADH in den Mitochondrien liegt. Erschwert wird dies noch durch NADH-Änderungen im Zusammenhang mit dem mitochondrialen Membranpotential(m) und die Veränderung vonm wirkt sich auf [Ca2+]m6,7,8 , 9. Darüber hinaus ist es für das Studium der Dynamik [Ca2+]m wichtig, den Status anderer mitochondrialer Parameter, wie NADH,mund pH, zu kennen.
Die Emissionen bei 450 nm und 500 nm mit Anregungen bei 353 nm, 361 nm und 400 nm enthalten die Signale von NADH und fura-2-FF, und die Gleichungen sind wie folgt. Hierin sind 353 nm bzw. 361 nm die isosbestischen Punkte von fura-2-FF für Emissionen bei 450 nm bzw. 500 nm.
F361.450 = F361.450,NADH + F361.450,Fura Gleichung 1
F353.500 = F353.500,NADH + F353.500,Fura Gleichung 2
F400.500 = F400.500,NADH + F400.500,Fura Gleichung 3
wobei Fx,y die gemessene Emissionsintensität bei y-nm durch x-nm Anregung, Fx,y,NADH die reine NADH-abhängige Emissionsintensität und Fx,y,Fura die reine fura-2-FF-abhängige Emissionsintensität darstellt. Bei gleicher Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffs sollte eine bestimmte Anregungsintensität die gleiche Emissionsintensität erzeugen. Daher sollte das Emissionsintensitätsverhältnis von zwei verschiedenen Anregungswellenlängen konstant sein. Ca2+ und Fura-2 hatten keinen Einfluss auf die Fluoreszenzeigenschaften von NADH; Daher war das Verhältnis der Emission bei 450 nm und bei 500 nm NADH bei jeder Anregungswellenlänge konstant. Die gleiche Regel kann für fura-2-FF verwendet werden, basierend auf der Annahme, dass NADH oder [Ca2+] die Emissions- und Anregungsspektren von fura-2-FF nicht beeinflusst. Ca2+ verursachte jedoch eine spektrale Verschiebung der Fura-2-FF-Emission. Daher muss verwendet werden, um die Wirkung von Ca2+zu entfernen, isosbestische Anregung, die unabhängig von Ca2+ist. Jede Emissionswellenlänge (d.h. 450 nm und 500 nm) hat einen anderen isosbestischen Punkt, und aus unserem Versuchsaufbau wurden 353 nm bei 500 nm und 361 nm bei 450 nm gewählt. Daraus sind die folgenden Gleichungengültig 10.
Rf = F361.450,Fura/F353.500,Fura Gleichung 4
RN1 = F400.500,NADH/F361,450,NADH Gleichung 5
RN2 = F353.500,NADH/F361,450,NADH Gleichung 6
Bei diesen Konstanten sind die folgenden Gleichungen aus (Gleichung 1) (Gleichung 2) und (Gleichung 3) gültig.
F361.450 = F361.450,NADH + Rf n F353.500,Fura Gleichung 7
F353.450 = RN2 x F361.450,NADH + F353.500,Fura Gleichung 8
F400.500 = RN1 x F361.450,NADH + F400.500,Fura Gleichung 9
Aus diesen Gleichungen können, wenn Rf, RN1und RN2 bekannt sind, reine Signale von NADH und Fura-2 wie folgt erhalten werden.
F361.450,NADH = (F361.450 - Ff - F353.500)/(1 x Rf - RN2) Gleichung 10
F353.500,Fura = (RN2 x F361.450 - F353.500)/(Rf - RN2 - 1) Gleichung 11
F400.500,Fura = F400.500 - RN1 - F361.450,NADH Gleichung 12
RFura = F353.500,Fura/F400,500,Fura Gleichung 13
Die Ca2+-gebundene Form von fura-2-FF war bei der 400 nm Erregungswellenlänge praktisch nicht fluoreszierend. Basierend auf dieser Eigenschaft kann die folgende neue Kalibrierungsgleichung abgeleitet werden.
[Ca2+] = Kd (F 400.500,max/F353,500,max)
wobei Kd eine Dissoziationskonstante ist, Sind F400.500,max und F353.500,max sind die Maximalwerte der emittierten Signale bei 500 nm mit Anregungen bei 400 nm bzw. 353nm, und R min ist die minimale RFura in Ca2 +-freier Zustand. Da die isosbestischen Anregungen verwendet wurden, kann die Gleichung wie folgt weiter vereinfacht werden.
[Ca2+] = Kd (1 / Rmin) ( RFura - Rmin) Gleichung 15
Daher sind nur Kd- undR-min-Werte erforderlich, um [Ca2+] zu berechnen.