The mechanism of an enzymatic reaction-induced SERS transformation for the study of enzyme–molecule interfacial interactions

机制(生物学) 分子 化学 转化(遗传学) 组合化学 酶催化 计算化学 立体化学 有机化学 生物化学 物理 量子力学 基因
作者
Zhi Yu,Lei Chen,Yeonju Park,Qian Cong,Xiao Han,Bing Zhao,Young Mee Jung
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:18 (46): 31787-31795 被引量:11
标识
DOI:10.1039/c6cp05978c
摘要

We report the observation of a novel effect in which the vibrational frequencies and spectral intensity of enzyme (E)-conjugated surface-enhanced Raman scattering (SERS)-active reporter molecules (4-mercaptobenzoic acid (4-MBA)) shift and change regularly as a function of the concentration of the substrate molecule (S). We attribute the frequency shifts and intensity changes in the E-reporter complex to the binding of S to the active site of E, which affects the electronic structure, polarizability and electron density of the molecule. Our observations demonstrate the creation of an E-conjugated SERS-active reporter complex as a SERS-active nano-mechanical sensor for bio-detection. Specifically, we used glucose oxidase (GOx), which was capable of achieving detection sensitivity comparable to that of a conventional sandwich enzymatic reaction. Furthermore, 2D correlation SERS spectroscopy was performed to better investigate the glucose-responsive mechanism, and the results of these experiments support our proposed conclusion. These findings pave a new pathway for utilizing the specific response to glucose via the SERS method, which can achieve a detection limit of 10-6 mol L-1 for glucose and cover a much wider concentration range, including the blood glucose concentrations in healthy (3-8 mmol L-1) and diabetic (9-40 mmol L-1) individuals, than the current chromogenic assays.
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