GGeeoorrggiiaa SSttaattee UUnniivveerrssiittyy SScchhoollaarrWWoorrkkss @@ GGeeoorrggiiaa SSttaattee UUnniivveerrssiittyy Chemistry Theses Department of Chemistry 4-29-2010 SSttuuddyy ooff CCyyaanniinnee DDyyee BBiinnddiinngg ttoo AAmmiinnoo AAcciiddss aanndd IIttss AAnnaallyyttiiccaall UUttiilliittyy Yonathan Merid Georgia State University, [email protected] Follow this and additional works at: https://scholarworks.gsu.edu/chemistry_theses RReeccoommmmeennddeedd CCiittaattiioonn Merid, Yonathan, "Study of Cyanine Dye Binding to Amino Acids and Its Analytical Utility." Thesis, Georgia State University, 2010. doi: https://doi.org/10.57709/1331375 This Thesis is brought to you for free and open access by the Department of Chemistry at ScholarWorks @ Georgia State University. It has been accepted for inclusion in Chemistry Theses by an authorized administrator of ScholarWorks @ Georgia State University. For more information, please contact [email protected]. STUDY OF CYANINE DYE BINDING TO AMINO ACIDS AND ITS ANALYTICAL UTILITY      by        YONATHAN MERID      Under the Direction of Gabor Patonay      ABSTRACT  Investigation of the NIR cyanine dye MHI‐36 shows binding affinity to charged amino acids.  This  cyanine dye showed aggregation and dimerformation at higher dye concentration (2.0x10‐3M)  induced by lysine.  When dye concentration decreased to 1.0x10‐4M no strong aggregate formation  was viewed.  Dye shows strong binding and selectivity properties towards charged amino acids  lysine and arginine, compared to neutral leucine.  It’s believed the positively charged presence was  able to break and disrupt the conjugated π‐ π bonds at lower dye concentration.  Computational  work showed intramolecular aggregation of the phenyl groups on the dye.  These aggregates are  believed to create electron rich environment suitable for lysine interaction.      INDEX WORDS:  Aggregation, Near infrared, Protein labeling, Quenching STUDY OF CYANINE DYE BINDING TO AMINO ACIDS AND ITS ANALYTICAL UTILITY          by          YONATHAN MERID                A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of  Masters of Science  In the College of Arts and Sciences  Georgia State University  2010 Copyright by  Yonathan Merid  2010 STUDY OF CYANINE DYE BINDING TO AMINO ACIDS AND ITS ANALYTICAL UTILITY      by      YONATHAN MERID        Committee Chair:   Gabor Patonay    Committee:  Gabor Patonay  Gangli Wang  G. DavonKennedy      Electronic Version Approved:      Office of Graduate Studies  College of Arts and Sciences  Georgia State University  May 2010 iv DEDICATION    I would like to dedicate this work too my father, mother and sister.  Thank you for your support. v  ACKNOWLEDGEMENTS    Even though this seems like a personal achievement I believe anyone that has been in contact with  me the past two years has played some part in this accomplishment.  First and foremost I would  like to thank God because he provided the strength I needed to reach my mountain top.  My  supportive and loving parents who believed in me.  My out of town sister (lol), who has helped me  understand the importance of education and to the rest of my family, all my Uncles, Aunts, cousins,  and friends who have encouraged me more than they know.    Dr. Patonay, thank you for providing more questions than answers.  The freedom and flexibility you  provided me helped me understand how to be a true scientist.    Garfield, all the numerous conversation we had, majority non‐chemistry related.  Sang Hooh Kim,  Kristen Ashbey and other members of Patonay group.  The rest of chemistry students I have met  along the way.  Dr. Jenny Yang, Dr. Wang, Dr. Ritu and all the other professors that I have had the pleasure of  attending their class. vi TABLE OF CONTENTS  ACKNOWLEDGEMENTS   v   LISTOFFIGURES  viii       CHAPTER    1. INTRODUCTION  1   1.1 NIR Energy  1 1.2 Dye Aggregation  2 1.3 Protein Labeling  3 1.4 Human Serum Albumin 4 1.5 NIR Fluorescent Probe 6 1.6 Cyanine Dye  8       2. INSTRUMENTATION   10   3. EXPERIMENTAL  10       4. RESULTS   10 vii 4.1 Concentration Difference with MHI  10 4.2 Selectivity of Amino Acid in Solution 16 4.3 Effect of Positive Charge and Job Plot 20 4.4 Peak Ratio and Aggregate Formation                       23 4.5 Computational Derived Intramolecular Aggregate                                                   27       5. CONCULSION 32    6. REFERENCES                                                                                                                                        35 viii LIST OF FIGURES         Figure 1.1 MHI‐36 Dye. Two Phenol Groups attached to the propyl group  9 Figure 4.1 Absorption Spectrum 2.0x10‐3M Concentration MHI‐36 Dye with  11 Arginine, at increasing Concentration in pH 7.2 Phosphate Buffer.  Arginine  concentration is at 1x10‐4mM.    Figure 4.2Absorption Spectrum 2.0x10‐3M Concentration MHI‐36 Dye with  12 Arginine in pH 7.2 Phosphate Buffer.  Arginine concentration is at 1x10‐4mM.    Figure 4.3Absorption Spectrum comparison 2.0x10‐3M Concentration MHI‐ 12 36 Dye with Arginine, Leucine and Lysine at 50mM Concentration in pH 7.2  Phosphate Buffer.  Amino Acid concentration is at 1x10‐4mM.    Figure 4.4Absorption Spectrum comparison 2.0x10‐3M Concentration MHI‐ 13 36 Dye with Arginine, Leucine and Lysine at 300mM Concentration in pH 7.2  Phosphate Buffer.  Amino Acid concentration is at 1x10‐4mM.    Figure 4.5Absorption Spectrum 2.0x10‐3 M Concentration MHI‐36 Dye with  14 Salt (Sodium Acetate), Lysine and Valeric Acid at 50mM Concentration in pH  7.2 Phosphate Buffer.  Lysine, Valeric Acid and Salt concentration 1x10‐4M.  Figure 4.6Absorption Spectrum 2.0x10‐3M Concentration MHI‐36 Dye with  14 Salt (Sodium Acetate), Lysine and Valeric Acid at 300mM Concentration in pH  7.2 Phosphate Buffer.  Lysine, Valeric Acid and Salt concentration 1x10‐4M.