Biological macromolecules at interfaces probed by chiral vibrational sum frequency generation spectroscopy

Chemical Reviews

Volumn 114, Issue 17, 2014, Pages 8471-8498

  Yan, Elsa C Y ^a   Fu, Li ^a   Wang, Zhuguang ^a   Liu, Wei ^a  

^a YALE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BANDWIDTH; BIOMIMETICS; INTERFEROMETRY; NUCLEIC ACIDS; PHASE INTERFACES; SPECTROMETERS;

BIOLOGICAL MACROMOLECULE; CONFORMATIONAL CHANGE; ELECTRIC-DIPOLE APPROXIMATION; ELECTRONIC RESONANCE; RESEARCH OPPORTUNITIES; SUM FREQUENCY GENERATION; VIBRATIONAL SFG SPECTROSCOPIES; VIBRATIONAL SUM-FREQUENCY GENERATIONS;

STEREOCHEMISTRY;

ELECTROLYTE; ICE; MACROMOLECULE;

CHEMISTRY; HUMAN; MACROMOLECULE; PROCEDURES; SPECTROSCOPY; STEREOISOMERISM; VIBRATION;

ELECTROLYTES; HUMANS; ICE; MACROMOLECULAR SUBSTANCES; SPECTRUM ANALYSIS; STEREOISOMERISM; VIBRATION;

EID: 84906498236     PISSN: 00092665     EISSN: 15206890     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr4006044     Document Type: Review

References (169)

1. Daniels, D. S., Petersson, E. J., Qiu, J. X., Schepartz, A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1532.
2. Appella, D. H., Christianson, L. A., Karle, I. L., Powell, D. R., Gellman, S. H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 13071.
3. Simon, R. J., Kania, R. S., Zuckermann, R. N., Huebner, V. D., Jewell, D. A., Banville, S., Ng, S., Wang, L., Rosenberg, S., Marlowe, C. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992, 89, 9367.
4. Ji, N., Shen, Y.-R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15008.
5. Ji, N., Ostroverkhov, V., Belkin, M., Shiu, Y.-J., Shen, Y.-R. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8845.
6. Wei, F., Xu, Y.-y., Guo, Y., Liu, S.-l., Wang, H.-f. Chin. J. Chem. Phys. 2009, 22, 592.
7. Fischer, P., Hache, F. Chirality 2005, 17, 421.
8. Cheon, S., Lee, H., Choi, J. H., Cho, M. J. Chem. Phys. 2007, 126.
9. Richmond, G. L. Anal. Chem. 1997, 69, A536.
10. Messmer, M. C., Conboy, J. C., Richmond, G. L. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 8039.
11. Wang, J., Chen, C., Buck, S. M., Chen, Z. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12118.
12. Weidner, T., Apte, J. S., Gamble, L. J., Castner, D. G. Langmuir 2010, 26, 3433.
13. Kim, J., Somorjai, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3150.
14. Liu, Y., Jasensky, J., Chen, Z. Langmuir 2011, 28, 2113.
15. Zhang, C., Myers, J. N., Chen, Z. Soft Matter 2013.
16. Shen, Y. Nature 1989, 337, 519.
17. Eisenthal, K. Chem. Rev. 1996, 96, 1343.
18. Wang, H. F., Gan, W., Lu, R., Rao, Y., Wu, B. H. Int. Rev. Phys. Chem. 2005, 24, 191.
19. Richmond, G. Chem. Rev. 2002, 102, 2693.
20. Shen, Y.-R. The Principles of Nonlinear Optics, Wiley- Interscience: New York, 1984, p 576.
21. Boyed, R. W. Nonlinear Opt., Academic Press: New York, 2003, p 578.
22. Lambert, A. G., Davies, P. B., Neivandt, D. J. Appl. Spectrosc. Rev. 2005, 40, 103.
23. Simpson, G. J. Chem Phys Chem 2004, 5, 1301.
24. Haupert, L. M., Simpson, G. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2009, 60, 345.
25. Petralli-Mallow, T., Wong, T., Byers, J., Yee, H., Hicks, J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 1383.
26. Zyss, J., Nicoud, J., Coquillay, M. J. Chem. Phys. 1984, 81, 4160.
27. Roke, S. ChemPhysChem 2009, 10, 1380.
28. Moore, F., Richmond, G. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 739.
29. Zhuang, X., Miranda, P., Kim, D., Shen, Y. Phys. Rev. B 1999, 59, 12632.
30. Sung, W., Seok, S., Kim, D., Tian, C., Shen, Y. Langmuir 2010, 26, 18266.
31. Chen, Z., Shen, Y. R., Somorjai, G. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2002, 53, 437.
32. Cremer, P. S., Su, X. C., Shen, Y. R., Somorjai, G. A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2942.
33. Lahann, J., Mitragotri, S., Tran, T. N., Kaido, H., Sundaram, J., Choi, I. S., Hoffer, S., Somorjai, G. A., Langer, R. Science 2003, 299, 371.
34. Bain, C. D., Davies, P. B., Ong, T. H., Ward, R. N., Brown, M. A. Langmuir 1991, 7, 1563.
35. Somorjai, G. A., Frei, H., Park, J. Y. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16589.
36. Nakayama, Y., Pauzauskie, P. J., Radenovic, A., Onorato, R. M., Saykally, R. J., Liphardt, J., Yang, P. D. Nature 2007, 447, 1098.
37. Phillips, D. C., York, R. L., Mermut, O., McCrea, K. R., Ward, R. S., Somorjai, G. A. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 255.
38. Shen, Y. R., Ostroverkhov, V. Chem. Rev. 2006, 106, 1140.
39. Richmond, G. Annu. Rev. Phys. Chem. 2001, 52, 357.
40. Miranda, P., Xu, L., Shen, Y., Salmeron, M. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 5876.
41. Sovago, M., Campen, R. K., Bakker, H. J., Bonn, M. Chem. Phys. Lett. 2009, 470, 7.
42. McGuire, J. A., Shen, Y. R. Science 2006, 313, 1945.
43. Arnolds, H., Bonn, M. Surf. Sci. Rep. 2010, 65, 45.
44. Moad, A. J., Simpson, G. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3548.
45. Fu, L., Wang, Z., Yan, E. C. Y. Int. J. Mol. Sci. 2011, 12, 9404.
46. Roy, S., Hung, K. K., Stege, U., Hore, D. K. Appl. Spectrosc. Rev. 2014, 49, 233.
47. Perry, J. M., Moad, A. J., Begue, N. J., Wampler, R. D., Simpson, G. J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 20009.
48. Nguyen, K. T., King, J. T., Chen, Z. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 8291.
49. Xiao, D., Fu, L., Liu, J., Batista, V. S., Yan, E. C. Y. J. Mol. Biol. 2012, 421, 537.
50. Simpson, G. J., Dailey, C. A., Plocinik, R. M., Moad, A. J., Polizzi, M. A., Everly, R. M. Anal. Chem. 2005, 77, 215.
51. Belkin, M., Kulakov, T., Ernst, K., Yan, L., Shen, Y. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 4474.
52. Liu, F. C. J. Phys. Chem. 1991, 95, 7180.
53. Liu, J., Conboy, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8376.
54. Brown, K. L., Conboy, J. C. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 15041.
55. Holman, J., Davies, P. B., Nishida, T., Ye, S., Neivandt, D. J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 18723.
56. Nishida, T., Johnson, C. M., Holman, J., Osawa, M., Davies, P. B., Ye, S. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 077402.
57. Liu, W., Wang, Z., Fu, L., Leblanc, R. M., Yan, E. C. Langmuir 2013, 29, 15022.
58. Marsh, D. Biophys. J. 1997, 72, 2710.
59. Tsuboi, M., Ikeda, T., Ueda, T. J. Raman Spectrosc. 1991, 22, 619.
60. Nguyen, K. T., Le Clair, S. V., Ye, S. J., Chen, Z. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 12169.
61. Wang, J., Clarke, M. L., Chen, Z. Anal. Chem. 2004, 76, 2159.
62. Stokes, G. Y., Gibbs-Davis, J. M., Boman, F. C., Stepp, B. R., Condie, A. G., Nguyen, S. T., Geiger, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7492.
63. Hore, D. K., King, J. L., Moore, F. G., Alavi, D. S., Hamamoto, M. Y., Richmond, G. L. Appl. Spectrosc. 2004, 58, 1377.
64. Richter, L. J., Petralli-Mallow, T. P., Stephenson, J. C. Opt. Lett. 1998, 23, 1594.
65. McGuire, J., Beck, W., Wei, X., Shen, Y. Opt. Lett. 1999, 24, 1877.
66. Van Der Ham, E., Vrehen, Q., Eliel, E. Opt. Lett. 1996, 21, 1448.
67. Ma, G., Liu, J., Fu, L., Yan, E. C. Y. Appl. Spectrosc. 2009, 63, 528.
68. Isaienko, O., Borguet, E. Opt. Express. 2012, 20, 547.
69. Fu, L., Ma, G., Yan, E. C. Y. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5405.
70. Fu, L., Liu, J., Yan, E. C. Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8094.
71. Wang, Z., Fu, L., Yan, E. C. Y. Langmuir 2013, 29, 4077.
72. Stiopkin, I. V., Jayathilake, H. D., Bordenyuk, A. N., Benderskii, A. V. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2271.
73. Nihonyanagi, S., Yamaguchi, S., Tahara, T. J. Chem. Phys. 2009, 130, 204704.
74. Covert, P. A., FitzGerald, W. R., Hore, D. K. J. Chem. Phys. 2012, 137, 014201.
75. Kim, J., Kim, G., Cremer, P. S. Langmuir 2001, 17, 7255.
76. Roke, S., Schins, J., Muller, M., Bonn, M. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 128101.
77. Bonn, M., Roke, S., Berg, O., Juurlink, L. B., Stamouli, A., Müller, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19083.
78. Ma, G., Allen, H. C. Langmuir 2006, 22, 5341.
79. Chen, C., Zhu, S.-F., Liu, B., Wang, L.-X., Zhou, Q.-L. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12616.
80. Wurpel, G. W. H., Sovago, M., Bonn, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8420.
81. Chen, X., Wang, J., Sniadecki, J. J., Even, M. A., Chen, Z. Langmuir 2005, 21, 2662.
82. Wang, J., Even, M. A., Chen, X., Schmaier, A. H., Waite, J. H., Chen, Z. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9914.
83. vanden Akker, C. C., Engel, M. F. M., Velikov, K. P., Bonn, M., Koenderink, G. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18030.
84. Fu, L., Xiao, D., Wang, Z., Batista, V. S., Yan, E. C. Y. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3592.
85. Conboy, J. C., Messmer, M. C., Richmond, G. L. J. Phys. Chem. 1996, 100, 7617.
86. Diesner, M.-O., Howell, C., Kurz, V., Verreault, D., Koelsch, P. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2339.
87. Holden, M. A., Cremer, P. S. Annu. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 369.
88. Castellana, E. T., Cremer, P. S. Surf. Sci. Rep. 2006, 61, 429.
89. White, R. J., Zhang, B., Daniel, S., Tang, J. M., Ervin, E. N., Cremer, P. S., White, H. S. Langmuir 2006, 22, 10777.
90. Roke, S., Gonella, G. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 353.
91. Wang, H., Yan, E. C. Y., Borguet, E., Eisenthal, K. Chem. Phys. Lett. 1996, 259, 15.
92. Eisenthal, K. B. Chem. Rev. 2006, 106, 1462.
93. de Aguiar, H. B., Strader, M. L., de Beer, A. G., Roke, S. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 2970.
94. Yan, E. C. Y., Liu, Y., Eisenthal, K. B. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6331.
95. Srivastava, A., Eisenthal, K. B. Chem. Phys. Lett. 1998, 292, 345.
96. Yan, E. C. Y., Eisenthal, K. B. Biophys. J. 2000, 79, 898.
97. Zeng, J., Eckenrode, H. M., Dounce, S. M., Dai, H.-L. Biophys. J. 2013, 104, 139.
98. de Beer, A. G., Roke, S. Phys. Rev. B 2007, 75, 245438.
99. Wang, J., Chen, X., Clarke, M. L., Chen, Z. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 4978.
100. Boughton, A. P., Nguyen, K., Andricioaei, I., Chen, Z. Langmuir 2011, 27, 14343.
101. Walter, S. R., Geiger, F. M. J. Phys. Chem. Lett. 2009, 1, 9.
102. Degrado, W. F., Lear, J. D. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 7684.
103. Mink, J., Keresztury, G., Kristóf, J., Mihály, J. Interfacial Science in Ceramic Joining, Springer: New York, 1998, p 480.
104. Mirkin, N. G., Krimm, S. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 5438.
105. Rocha-Mendoza, I., Yankelevich, D. R., Wang, M., Reiser, K. M., Frank, C. W., Knoesen, A. Biophys. J. 2007, 93, 4433.
106. Nagahara, T., Kisoda, K., Harima, H., Aida, M., Ishibashi, T.-A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 5098.
107. Shim, S. H., Strasfeld, D. B., Ling, Y. L., Zanni, M. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 14197.
108. Strasfeld, D. B., Ling, Y. L., Shim, S. H., Zanni, M. T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6698.
109. Strasfeld, D. B., Ling, Y. L., Gupta, R., Raleigh, D. P., Zanni, M. T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 15679.
110. Jayasinghe, S. A., Langen, R. Biochim. Biophys. Acta.- Biomembranes 2007, 1768, 2002.
111. Engel, M. F. M. Chem. Phys. Lipids 2009, 160, 1.
112. Friedman, R., Pellarin, R., Caflisch, A. J. Mol. Biol. 2009, 387, 407.
113. Luca, S., Yau, W. M., Leapman, R., Tycko, R. Biochemistry 2007, 46, 13505.
114. Knight, J. D., Hebda, J. A., Miranker, A. D. Biochemistry 2006, 45, 9496.
115. Jayasinghe, S. A., Langen, R. Biochemistry 2005, 44, 12113.
116. Eichner, T., Radford, S. E. Mol. Cell 2011, 43, 8.
117. Janson, J., Ashley, R. H., Harrison, D., McIntyre, S., Butler, P. C. Diabetes 1999, 48, 491.
118. Hoppener, J. W. M., Ahren, B., Lips, C. J. M. N. Engl. J. Med. 2000, 343, 411.
119. Chiti, F., Dobson, C. M. Annu. Rev. Biochem. 2006, 75, 333.
120. Englander, S. W. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2000, 29, 213.
121. Tobler, S. A., Fernandez, E. J. Protein Sci. 2002, 11, 1340.
122. Lu, X., Wintrode, P. L., Surewicz, W. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 1510.
123. Paterson, Y., Englander, S. W., Roder, H. Science 1990, 249, 755.
124. Powell, K. D., Ghaemmaghami, S., Wang, M. Z., Ma, L., Oas, T. G., Fitzgerald, M. C. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10256.
125. Madey, T. E., Yates, J. T. Jr Vibrational Spectroscopy of Molecules on Surfaces, Springer: New York, 1987, p 484.
126. Lehn, J. M. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1988, 27, 89.
127. Zhang, S. G. Nat. Biotechnol. 2003, 21, 1171.
128. Roy, S., Naka, T. L., Hore, D. K. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 24955.
129. Hall, S. A., Jena, K. C., Trudeau, T. G., Hore, D. K. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 11216.
130. Volkov, V., Bonn, M. J. Phys. Chem. B 2013.
131. Roeters, S. J., van Dijk, C. N., Torres-Knoop, A., Backus, E. H. G., Campen, R. K., Bonn, M., Woutersen, S. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 6311.
132. Marsh, D., Müller, M., Schmitt, F.-J. Biophys. J. 2000, 78, 2499.
133. Hayashi, T., Mukamel, S. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 11032.
134. Gouaux, E., MacKinnon, R. Science 2005, 310, 1461.
135. Doyle, D. A., Cabral, J. M., Pfuetzner, R. A., Kuo, A. L., Gulbis, J. M., Cohen, S. L., Chait, B. T., MacKinnon, R. Science 1998, 280, 69.
136. Merianos, H. J., Cadieux, N., Lin, C. H., Kadner, R. J., Cafiso, D. S. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 205.
137. Borst, P., Elferink, R. O. Annu. Rev. Biochem. 2002, 71, 537.
138. Rosenbaum, D. M., Rasmussen, S. G. F., Kobilka, B. K. Nature 2009, 459, 356.
139. Pierce, K. L., Premont, R. T., Lefkowitz, R. J. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2002, 3, 639.
140. Ji, N., Zhang, K., Yang, H., Shen, Y. R. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3482.
141. Cimatu, K., Baldelli, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8030.
142. Luecke, H., Schobert, B., Richter, H. T., Cartailler, J. P., Lanyi, J. K. J. Mol. Biol. 1999, 291, 899.
143. Menon, S. T., Han, M., Sakmar, T. P. Physiol. Rev. 2001, 81, 1659.
144. Palczewski, K., Kumasaka, T., Hori, T., Behnke, C. A., Motoshima, H., Fox, B. A., Le Trong, I., Teller, D. C., Okada, T., Stenkamp, R. E., Yamamoto, M., Miyano, M. Science 2000, 289, 739.
145. McEvoy, J. P., Brudvig, G. W. Chem. Rev. 2006, 106, 4455.
146. Umena, Y., Kawakami, K., Shen, J. R., Kamiya, N. Nature 2011, 473, 55.
147. Ni, Y. C., Gruenbaum, S. M., Skinner, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 1992.
148. Singh, P. C., Nihonyanagi, S., Yamaguchi, S., Tahara, T. J. Chem. Phys. 2013, 139, 161101.
149. Xiong, W., Laaser, J. E., Mehlenbacher, R. D., Zanni, M. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011, 108, 20902.
150. Carter, J. A., Wang, Z. H., Dlott, D. D. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1343.
151. Li, Q., Hua, R., Chou, K. C. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2315.
152. Cho, M. H. J. Chem. Phys. 2000, 112, 9978.
153. Bredenbeck, J., Ghosh, A., Nienhuys, H. K., Bonn, M. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1332.
154. Ganim, Z., Chung, H. S., Smith, A. W., Deflores, L. P., Jones, K. C., Tokmakoff, A. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 432.
155. Hamm, P., Lim, M., DeGrado, W. F., Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 2036.
156. Kwac, K., Cho, M. H. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2256.
157. Yan, E. C. Y., Eisenthal, K. B. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6686.
158. Sly, K. L., Mok, S. W., Conboy, J. C. Anal. Chem. 2013, 85, 8429.
159. Zhao, X. L., Eisenthal, K. B. J. Chem. Phys. 1995, 102, 5818.
160. Velarde, L., Zhang, X. Y., Lu, Z., Joly, A. G., Wang, Z. M., Wang, H. F. J. Chem. Phys. 2011, 135, 241102.
161. Senn, H. M., Thiel, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1198.
162. Sproviero, E. M., Gascon, J. A., McEvoy, J. P., Brudvig, G. W., Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3428.
163. Chen, X. Y., Boughton, A. P., Tesmer, J. J. G., Chen, Z. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12658.
164. Muir, T. W. Annu. Rev. Biochem. 2003, 72, 249.
165. Chen, G., Wan, Q., Tan, Z. P., Kan, C., Hua, Z. H., Ranganathan, K., Danishefsky, S. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 7383.
166. Liu, C. C., Schultz, P. G. Annu. Rev. Biochem. 2010, 79, 413.
167. Ye, S. X., Kohrer, C., Huber, T., Kazmi, M., Sachdev, P., Yan, E. C. Y., Bhagat, A., RajBhandary, U. L., Sakmar, T. P. J. Biol. Chem. 2008, 283, 1525.
168. Ye, S. X., Zaitseva, E., Caltabiano, G., Schertler, G. F. X., Sakmar, T. P., Deupi, X., Vogel, R. Nature 2010, 464, 1386.
169. Schultz, K. C., Supekova, L., Ryu, Y. H., Xie, J. M., Perera, R., Schultz, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13984.