論文の概要: Ultrafast excitonic dynamics in DNA: Bridging correlated quantum dynamics and sequence dependence

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.16892v1
• Date: Fri, 23 Feb 2024 18:24:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-28 19:23:29.698010
• Title: Ultrafast excitonic dynamics in DNA: Bridging correlated quantum dynamics and sequence dependence
• Title（参考訳）: DNAにおける超高速励起ダイナミクス:ブリッジング相関量子力学と配列依存性
• Authors: D. Herb, M. Rossini and J. Ankerhold
• Abstract要約: タイトバインディングアプローチは, 緩和特性, 平均電荷分離, 双極子モーメントをDNA配列の大規模なアンサンブルに相関させることが示唆された。 電子-ホール相互作用(クーロン力)の影響を系統的にスクリーニングすることにより、これらの相関関係は相互作用パラメータの有限サイズの変動に対して比較的堅牢であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: After photo-excitation of DNA, the excited electron (in the LUMO) and the remaining hole (in the HOMO) localized on the same DNA base form a bound pair, called the Frenkel exciton, due to their mutual Coulomb interaction. In this study, we demonstrate that a tight-binding (TB) approach, parametrized by ab initio data, allows to correlate relaxation properties, average charge separation, and dipole moments to a large ensemble of double-stranded DNA sequences (all 16,384 possible sequences with 14 nucleobases). This way, we are able to identify a relatively small sub-ensemble of sequences responsible for long-lived excited states, high average charge separation, and high dipole moment. Further analysis shows that these sequences are particularly T-rich. By systematically screening the impact of electron-hole interaction (Coulomb forces), we verify that these correlations are relatively robust against finite-size variations of the interaction parameter, not directly accessible experimentally. This methodology combines simulation methods from quantum physics and physical chemistry with statistical analysis known from genetics and epigenetics, thus representing a powerful bridge to combine information from both fields.
• Abstract（参考訳）: DNAの光励起の後、同じDNA塩基上に局在した励起電子(LUMO)と残りのホール(HOMO)は、相互のクーロン相互作用のためにフレンケルエキシトンと呼ばれる結合対を形成する。 本研究では,ab initioデータによってパラメトリゼーションされたタイト結合(tb)アプローチにより,レラクゼーション特性,平均電荷分離,双極子モーメントを,二重鎖dna配列の大規模なアンサンブル(全16,384個の塩基配列と14個のヌクレオベース)に関連付けることができることを示した。 このようにして、長い寿命の励起状態、高平均電荷分離、高双極子モーメントの原因となる配列の比較的小さなサブセンスを識別することができる。 さらなる分析により、これらの配列は特にT-リッチであることが示されている。 電子-ホール相互作用(クーロン力)の影響を系統的にスクリーニングすることにより、これらの相関関係は直接的にアクセスできない相互作用パラメータの有限サイズの変動に対して比較的堅牢であることを示す。 この手法は、量子物理学と物理化学のシミュレーション手法と遺伝学やエピジェネティクスで知られている統計解析を組み合わせることで、両方の分野の情報を統合する強力な橋渡しとなる。

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