論文の概要: Quantum Dynamics of Vibrationally-Assisted Electron Transfer beyond Condon approximation in the Ligand-Receptor Complex

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.06469v1
• Date: Fri, 06 Feb 2026 07:53:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-09 22:18:26.287171
• Title: Quantum Dynamics of Vibrationally-Assisted Electron Transfer beyond Condon approximation in the Ligand-Receptor Complex
• Title（参考訳）: リガンド-受容体複合体におけるコンドン近似を超えた振動支援電子移動の量子ダイナミクス
• Authors: Muhammad Waqas Haseeb, Mohamad Toutounji,
• Abstract要約: ヒトACE2受容体に結合したSARS-CoV-2 Spikeタンパク質をモデル系として用いる。 ACE2-Spikeインタフェースを生物学的環境に埋め込まれたオープン量子システムとして扱うことで、振動相互作用が結合された受容体-リガンドダイナミクスをいかに再形成するかをシミュレートする。 この結果は、ACE2--スパイク結合が分子認識機構として振動補助と量子コヒーレンスを利用する可能性を示唆している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate the quantum dynamics of ligand--receptor electron transfer and conformational response in a prototypical viral binding complex, using the SARS-CoV-2 Spike protein bound to the human ACE2 receptor as a model system. Treating the ACE2--Spike interface as an open quantum system embedded in a biological environment, we simulate how vibrational interactions and environmental memory reshape the coupled receptor--ligand dynamics and modulate vibrationally assisted electron transfer (VA-ET). Using a Non-Markovian Stochastic Schr"odinger Equation (NMSSE) approach, we simulate electron transfer between donor and acceptor states in ACE2 modulated by a specific vibrational mode of the Spike protein. The influence of environmental memory (non-Markovian dynamics) and non-Condon effects (vibrational modulation of electronic coupling) are analyzed in detail. In the Markovian limit with an Ohmic bath, population dynamics reduce to exponential kinetics, and extracted transfer rates agree with semiclassical Marcus--Jortner predictions in the appropriate regime. Beyond the Markovian, high-temperature limit, we observe clear deviations: non-exponential decay, coherent oscillatory features, and enhanced sensitivity to the vibrational frequency. Incorporating off-diagonal system--bath coupling alongside diagonal coupling shows that nuclear motion can dynamically gate electron tunneling, sharpening the frequency selectivity of the VA-ET mechanism. Finally, a structured (sub-Ohmic) environmental spectral density with long-lived correlations (``memory'') preserves electronic--vibrational coherence over longer times, amplifying vibrational selectivity under non-Condon coupling. Our results support the proposition that ACE2--Spike binding may exploit vibrational assistance and quantum coherence as a molecular recognition mechanism.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,ヒトACE2受容体に結合するSARS-CoV-2 Spikeタンパク質をモデル系として,リガンド受容体の電子伝達とコンフォメーション応答の量子力学について検討した。 ACE2-Spikeインタフェースを生物環境に埋め込まれたオープン量子システムとして扱うことで、振動相互作用と環境記憶が結合された受容体-リガンドダイナミクスをいかに再形成し、振動支援電子移動(VA-ET)を変調するかをシミュレートする。 非マルコフ確率シュロディンガー方程式 (NMSSE) を用いて、スパイクタンパク質の特定の振動モードによって変調されたACE2のドナー状態とアクセプター状態の間の電子移動をシミュレートする。 環境記憶(非マルコフ力学)と非コンドン効果(電子カップリングの振動変調)の影響を詳細に分析する。 オオミック浴によるマルコフの極限では、人口動態は指数論的に減少し、抽出された移動速度は、適切な状態における半古典的なマーカス=ワーナー予想と一致する。 マルコフの高温限界を超えて、非指数減衰、コヒーレント振動特性、振動周波数に対する感度の向上といった明確な偏差を観測する。 対角系の外対角結合を対角結合と組み合わせることで、原子核運動が電子トンネルを動的にゲートし、VA-ET機構の周波数選択性を鋭くすることができることを示す。 最後に、長寿命の相関を持つ構造付き(サブオーミック)環境スペクトル密度は、長い時間にわたって電子振動コヒーレンスを保持し、非コンドン結合の下で振動選択性を増幅する。 この結果は、ACE2--スパイク結合が分子認識機構として振動補助と量子コヒーレンスを利用する可能性を示唆している。

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