与海藻糖相连的氧喹啉甜菜碱的计算溶剂化动力学

研究生物分子水化层中水动力学的改变是更充分理解其功能和机制的重要一步，但已被证明相当困难。测量连接于生物分子的发色团的时间依赖 Stokes 位移是实现这一目标的一种有前景的方法，如 J. Phys. Chem. Lett. 5 (2014), 1845 所发表，其中使用海藻糖作为生物分子、1-甲基-6-氧喹啉甜菜碱作为发色团、水作为溶剂。随后通过将连接体系与不含海藻糖的相同体系比较，可获得溶剂分子的整体迟滞，但来自不同溶剂分子子群的贡献（例如靠近或远离海藻糖的分子）尚属未知。这些来自迟滞和可能未迟滞溶剂分子的未知贡献所带来的困难，在本工作中通过对该体系进行计算机模拟并将整体信号分解为位于不同位置的各种分子的贡献而得以克服。我们使用可极化水模型和非极化溶质模型进行了非平衡分子动力学模拟，并在宽温度范围内准确复现了连接的海藻糖-氧喹啉与纯氧喹啉的实验时间依赖 Stokes 位移，表明我们所采用模型的正确性。将位移分解为不同溶剂子群的贡献表明，所测位移的幅度仅一半由水化层中期望的迟滞溶剂分子构成，另一半则由未迟滞的本体水构成，因此整体 Stokes 位移的测得弛豫时间只是海藻糖水化层中真实弛豫时间的下界。