从幂律分布到相关时间分布：分析复杂生物系统中核磁共振弛豫分散（NMRD）剖面的统一框架

《Magnetic Resonance in Chemistry》：From Power-Law to Correlation-Time Distributions: A Unified Framework for the Analysis of Nuclear Magnetic Relaxation Dispersion (NMRD) Profiles of Complex Biological Systems

研究显示多种生物和聚合物系统中自旋-晶格弛豫速率的频率依赖性遵循幂律分布，源于罕见强结合水分子动态的帕累托分布相关时间，通过数值模拟验证并提取动态信息。

　　

摘要

在多种生物系统和大分子系统中，一个反复出现且显著的发现是：自旋-晶格松弛率的频率依赖性往往无法用单一的相关时间来很好地描述，而是遵循幂律函数。这种幂律依赖性归因于那些被困在粗糙大分子表面的稀有、紧密结合的水分子的动态行为，其相关时间遵循帕累托分布。在这里，我们展示了幂律依赖性是如何自然地从一组广泛的相关时间分布中产生的，这些相关时间的权重因子与 1/τ^(1?α) 成正比。我们推导出了极限情况下的解析表达式，并通过数值模拟证明了这种相关时间分布能够生成与 α 非常接近的幂律指数，且这种关系在宽广的频率范围内都成立。我们通过拟合沉淀蛋白质、生物组织、交联水凝胶和蛋白质溶液的核磁共振松弛分散（NMRD）曲线来验证这一框架。这种方法为幂律松弛现象提供了物理解释，使得原本无法获取的动态信息得以被提取。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

由于在本研究中没有生成或分析任何数据集，因此不适用于数据共享。

同行评审

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