磷酸盐振动探测水合生物分子中的电场：光谱学、动力学与相互作用
化学物理
2021-08-27 v1
摘要
电相互作用对生物分子在其天然水环境中的结构与动力学具有强烈影响。鉴于水合壳层中水分子排布的多样性以及结构涨落的飞秒至亚纳秒时间尺度，人们对局部电场的灵敏非侵入式探针有着强烈需求。磷酸基团的伸缩振动，特别是非对称 (PO2)- 伸缩振动 {\nu}AS(PO2)-，允许通过其跃迁频率的场致红移及伴随的振动线型变化，对水环境中的动态电场进行定量映射。我们对复杂度逐渐增加的分子体系中的 {\nu}AS(PO2)- 激发进行了系统研究，包括磷酸二甲酯 (DMP)、短链 DNA 和 RNA 双链结构以及水中的转移 RNA (tRNA)。线性红外吸收、二维红外 (2D-IR) 光谱与分子动力学 (MD) 模拟的结合，为振动频率的电场调谐率、电场与涨落振幅以及分子相互作用几何构型提供了定量见解。除了纯水环境外，还通过 {\nu}AS(PO2)- 振动的频率上移证明了磷酸基团与 Mg2+ 离子形成接触离子对，从而产生一个明显的振动带。接触几何构型的频率位置由吸引力电相互作用与排斥力交换相互作用的相互竞争决定。
引用
@article{arxiv.2108.11379,
title = {Phosphate Vibrations Probe Electric Fields in Hydrated Biomolecules: Spectroscopy, Dynamics, and Interactions},
author = {Thomas Elsaesser and Jakob Schauss and Achintya Kundu and Benjamin P. Fingerhut},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.11379},
year = {2021}
}
备注
9 pages, 6 figures