The Effect of dynamical fluctuations of hydration structures on the absorption spectra of oxyluciferin anions in an aqueous solution

水溶液中のオキシルシフェリンアニオンの吸収スペクトルに及ぼす水和構造の動的変動の影響

樋山 みやび*; 志賀 基之   ; 古賀 信明*; 杉野 修*; 秋山 英文*; 野口 良史*

Hiyama, Miyabi*; Shiga, Motoyuki; Koga, Nobuaki*; Sugino, Osamu*; Akiyama, Hidefumi*; Noguchi, Yoshifumi*

本研究では、水溶液中のオキシルシフェリンアニオン異性体における特徴的な水和構造が電子吸収スペクトルに与える影響を検討した。第一原理分子動力学シミュレーションから得られた水和構造のカノニカルアンサンブルを用いて、室温でのケト-, エノール-およびエノラート型水性オキシルシフェリンアニオンの電子吸収スペクトルをQM/MM法で計算したところ、スペクトルシフトおよび広がりに関する実験結果をよく再現した。これは、オキシルシフェリンアニオンの分子振動とその水和構造の変動を考慮していない、静的な量子化学計算とフランク-コンドン近似に基づく従来法とは対照的な結果である。

In this study, the effect of hydration on the absorption spectra of oxyluciferin anion isomers in an aqueous solution is investigated for elucidating the influence of characteristic hydration structures. Using a canonical ensemble of hydration structures obtained from first-principles molecular dynamics simulations, the instantaneous absorption spectra of keto-, enol-, and enolate-type aqueous oxyluciferin anions at room temperature are computed from a collection of QM/MM calculations using an explicit solvent. It is demonstrated that the calculations reproduce experimental results concerning spectral shifts and broadening, for which traditional methods based on quantum chemistry and the Franck-Condon approximation fail because of the molecular vibrations of oxyluciferin anions and dynamical fluctuations of their hydration structures.