探究水溶液中光泵浦原子尺度模型蛋白质的观测太赫兹模式的起源

生物系统中太赫兹（THz）振动模式的微观起源是当前研究中一个活跃且开放的领域。最近的实验[Physical Review X 8, 031061 (2018)]揭示了在光泵浦诱导的非平衡条件下，水溶液中带有荧光团标记的牛血清白蛋白（BSA）在 $\sim$0.3 THz 处存在一个显著的模式。这一结果被启发式地解释为由低频声子模式激活引起的集体弹性涨落。在本工作中，我们证明了这种亚太赫兹光谱响应以具有统计显著性（> 2$\sigma$）的方式从这种集体行为中产生，说明了如何通过光学激发和其他电荷重组过程触发特定的THz振动模式。我们利用概念验证的分子动力学重新审视了理论分析，该分子动力学将光学激发引入了模拟中。利用信息论技术，我们证明了这些激发可以诱导涉及两个光学激发的发色团（色氨酸）、蛋白质中的其他氨基酸、离子和水的多尺度响应。我们的结果推动了新的实验和完全非平衡模拟来探测这些现象，以及由生物学中的非线性相互作用从根本上决定的 Fr"ohlich 凝聚态的原子尺度模型的改进。