达维多夫孤子穿越质量屏障的量子隧穿

蛋白质夹钳为细胞提供了感知环境变化并触发维持稳态的适应的有效机制。然而，蛋白质夹钳作用背后的普遍物理机制尚不清楚。在此，我们探究用于酰胺 I 能量量子输运的达维多夫模型，该能量自陷于孤子态中，沿蛋白质 α-螺旋主链传播，并在从 α-螺旋末端反射时保持形状。我们通过计算研究达维多夫孤子能否从模拟外部蛋白质夹钳作用于部分 α-螺旋的质量屏障反射，并刻画孤子能够隧穿该屏障的屏障条件范围。模拟表明，蛋白质中氨基酸质量的变异性对达维多夫孤子动力学影响可忽略，但质量为单个氨基酸百倍的质量屏障会阻碍孤子传播。达维多夫孤子更大的宽度使其在从此类质量屏障反射时更稳定，并提高隧穿概率；而激子-晶格耦合更大的各向同性通过增加达维多夫孤子与屏障的相互作用时间抑制隧穿效率，从而延长隧穿时间并增强从屏障反射的概率。所述结果表明了达维多夫孤子从质量屏障反射或隧穿的可行性，并提示了蛋白质夹钳通过局部增大有效蛋白质 α-螺旋质量而起作用的一般物理机制。