Baihui Wang, Yimin Bai, Jiahui Peng, Miaomiao Zhang, Weiting Zhang, Hongtao Bian*, and Yu Fang. Chin. J. Chem. Phys., 2024, 37, 398-410.

【背景介绍】

蛋白质和多肽在各种生物过程和技术发展中扮演着关键角色，其界面结构对于疾病诊断、药物输送和生物材料的研究至关重要。然而，由于这些体系的复杂性和分析方法的局限性，深入研究受到一定的阻碍。尽管X射线晶体学和冷冻电镜等先进技术在分析蛋白质结构方面取得了显著进展，但对实际条件下表面结合蛋白质结构的理解仍然有限，因此该领域面临着一定的挑战。和频振动光谱技术已成为分析蛋白质界面分子结构的有效手段。

【综述概要】

本综述简要介绍了和频振动光谱的基本理论和实验方法，着重讨论了利用光纤激光器作为光源的相位测量和实验装置的研究进展。和频振动光谱是一种具有界面选择性的非线性光谱，其信号来源于二阶非线性极化率。当可见光和红外光在样品表面时间和空间上重合时，会产生和频信号。经过几十年的发展，和频振动光谱的技术手段不断更新，Wang课题组开发的内部外差相分辨和频振动光谱允许在不引入额外相位参考标准样品的情况下获得样品的相位信息。通过在稳态和频振动光谱基础上引入额外一束超快中红外脉冲，可以获取界面分子的动力学信息，Ye课题组利用了这种方法研究了界面上多种生物分子的超快动力学。近年来，Wang课题组研发了一种更经济易得的高分辨率和频振动光谱方法，适用于探测表面结构和动力学的各种应用。

此外，本综述按类别组织，如模型肽和蛋白质、抗菌肽、手性等相关模型。列举了近三年（2021–2023）的研究成果，研究多集中在牛血清白蛋白、溶菌酶和纤维蛋白原的分析上。许多实验使用合成的模型肽来实现在分子水平上对蛋白质表面相互作用的分析。对模型肽的探索为确定蛋白质取向的策略奠定了基础，特别是通过分析侧链甲基和酰胺。这体现了和频振动光谱在揭示多肽和蛋白质界面分子结构方面的潜力，为进一步利用和频振动光谱探索不同类型多肽和蛋白质的结构和功能提供了有益支持。

【挑战与机遇】

尽管SFG光谱学有望解决各种问题，但仍面临一些挑战。其中包括：（i）对于蛋白质的三级和高级结构的探索有限；（ii）光谱的复杂性仍然难以解释，特别是关于诸如水的O-H和蛋白质多肽的N-H之间的耦合现象。（iii）激光光谱学方法的一个共同挑战是实现系统稳定性、操作简便性，以及制备真正反映生物相关性的高质量生物样品。

第一作者：陕西师范大学博士研究生王百惠、硕士研究生白亦敏

通讯作者：陕西师范大学边红涛教授

全文链接：https://cjcp.ustc.edu.cn/hxwlxb/en/article/doi/10.1063/1674-0068/cjcp2312146