配体-受体复合物中超越康登近似的振动辅助电子转移的量子动力学
该研究团队以SARS-CoV-2刺突蛋白与人类ACE2受体结合体系为模型,探究了典型病毒结合复合物中配体-受体电子转移与构象响应的量子动力学过程。通过将ACE2-刺突蛋白界面视为嵌入生物环境的开放量子系统,研究人员模拟了振动相互作用和环境记忆如何重塑耦合的受体-配体动力学,并调控振动辅助电子转移(VA-ET)现象。 采用非马尔可夫随机薛定谔方程(NMSSE)方法,该工作模拟了刺突蛋白特定振动模式调控下ACE2受体中供体与受体态间的电子转移。研究详细分析了环境记忆(非马尔可夫动力学)和非康登效应(电子耦合的振动调制)的影响。在欧姆型热浴的马尔可夫极限下,布居动力学退化为指数形式,所提取的转移速率与相应参数区间的半经典Marcus-Jortner理论预测相符。但在非马尔可夫高温极限之外,研究人员观测到明显偏离现象:非指数衰减、相干振荡特征以及对振动频率的增强敏感性。 通过同时考虑非对角与对角系统-热浴耦合,该研究揭示核运动可动态调控电子隧穿效应,从而锐化VA-ET机制的频率选择性。最后,具有长时关联(“记忆”)的亚欧姆型结构化环境谱密度,能在更长时间尺度上保持电子-振动相干性,增强非康登耦合下的振动选择性。这些结果支持ACE2-刺突蛋白结合可能利用振动辅助与量子相干性作为分子识别机制的理论假说。
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