近日，中国科学院合肥物质科学研究院智能所黄青研究员团队在利用低频拉曼光谱识别卟啉亚纳米级空间微小结构的变化方面取得研究进展，相关成果已发表于国际光谱学领域权威性期刊Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy。
金属卟啉大环的非平面（out-of-plane, OOP）形变与许多含卟啉分子的蛋白酶的生物学功能存在着紧密的联系。但是这些形变很小（亚纳米量级），而且不同分子之间差别细微，很难用传统的结构测量工具进行探测。与X射线衍射和核磁共振等技术相比，共振拉曼光谱在识别具有几何对称性质的卟啉环结构方面具有独特的优势。然而，由于电子结构、取代基以及各种形变之间相互作用的复杂性，加之低频拉曼光谱探测难度较大，目前对于特定OOP形变变化与拉曼特征峰频移之间的具体关系尚不清晰。
在本研究中，研究团队首先以镍卟啉（Ni-P）为模型分子，运用DFT计算来探究ruffling和sadding这两种与生物学功能密切相关的形变变化与拉曼光谱频移之间的关联。进一步，他们选取了四苯基镍卟啉（NiTPP）、四对氯代苯基镍卟啉（NiTClP）以及四对甲氧苯基镍卟啉（NiTMeOP），成功获取了三种卟啉的超低波数（~10 cm-1）拉曼光谱以及DFT计算光谱，并借助简正坐标分解法对其晶体结构及DFT计算结构进行了深入分析。研究结果表明，三种镍卟啉的ruffling形变大小基本一致，而saddling形变则存在细微差异。特征峰γ18的频率变化与三种卟啉的saddling形变之间的关系为7.7 cm-1/Å，这一数值与模型卟啉Ni-P的10.6 cm-1/Å相当接近。因此，特征峰γ18可作为saddling形变变化的探测报告或指标信号。本项工作不仅展示了利用低频拉曼特征峰频移来识别由外部环境变化所引起的卟啉大环OOP形变变化的方法，也为深入理解其生物学功能变化的原因提供了一种有力的辅助工具。
文章链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1386142521007204
利用低频拉曼特征峰识别卟啉非平面形变
