تساعد التأثيرات الكمومية في جعل الحمض النووي غير مستقر

تلعب التأثيرات الكمومية دورًا غير متوقع حتى الآن في خلق عدم استقرار في الحمض النووي - ما يسمى بـ "جزيء الحياة" الذي يوفر إرشادات للعمليات الخلوية في جميع الكائنات الحية. هذا الاستنتاج ، بناءً على عمل قام به باحثون في جامعة ساري في المملكة المتحدة ، يتعارض مع المعتقدات السائدة منذ فترة طويلة بأن السلوك الكمي ليس ذا صلة بالبيئة الرطبة والدافئة للخلايا ، ويمكن أن يكون له عواقب بعيدة المدى على نماذج الطفرات الجينية. .

يتم ربط خيطي الحلزون المزدوج الشهير للحمض النووي معًا عن طريق الروابط التي تتكون بين ذرات الهيدروجين (البروتونات) في القواعد الأربع - الجوانين (G) والسيتوزين (C) والأدينين (A) والثيمين (T) - التي تشكل كل منها ساحل. في العادة ، ترتبط A دائمًا بـ T و C دائمًا بـ G. ومع ذلك ، إذا تغير شكل سطح الترابط بين الخيوط بشكل طفيف جدًا ، يمكن أن تصبح القواعد الخاطئة مرتبطة ، وتشكل ما يسمى بالشكل التوتوميري للحمض النووي الذي يمكن أن يؤدي إلى الطفرات الجينية المستقرة أو حتى السرطان.

تم التنبؤ بهذا التأثير في عام 1952 ، عندما اعتمد جيمس واتسون وفرانسيس كريك على عمل روزاليند فرانكلين وموريس ويلكينز للكشف عن البنية الحلزونية للحمض النووي. ومع ذلك ، لم يتم تحديد كمية عملية تعديل رابطة الحمض النووي هذه بدقة إلا الآن ، وفهم عنصرها الكمومي.

نقل البروتون على طول روابط الحمض النووي الهيدروجينية

في عملهم، لوي سلوكومب, ماركو ساكي, جيم الخليلي استخدم وزملاؤه نماذج حاسوبية متطورة لإظهار أن تعديل رابطة الحمض النووي ينبع من قدرة البروتونات على الانتقال على طول الروابط الهيدروجينية التي تتشكل بين قواعد GC. عندما تقفز البروتونات من جانب واحد من خيط الحمض النووي إلى الجانب الآخر ، يحدث عدم تطابق إذا حدثت إحدى هذه القفزات قبل أن ينشطر خيط الحمض النووي مباشرة ، أو "يفك الضغط" ، كجزء من العملية التي يخضع لها لنسخ نفسه.

لتحديد ما الذي يجعل البروتونات تقفز على طول خيوط الحمض النووي ، استخدم الباحثون نهج أنظمة الكم المفتوحة. اكتشفوا أنه بدلاً من القفز على طول الخيوط ، فإن البروتونات في الواقع تمر عبرها نفقًا كميًا. ووجدوا أيضًا أن معدل حفر الأنفاق سريع جدًا بحيث يصل النظام بسرعة إلى التوازن الحراري ، مما يعني أن عدد العناصر المشدودة يظل ثابتًا على مدى فترات زمنية بيولوجية.

التأثيرات الكمومية مهمة

حتى الآن ، كان يُعتقد أن أي سلوك كمي من هذا القبيل يجب أن يزول سريعًا في الظروف الصاخبة السائدة داخل الخلايا ، وبالتالي لن يلعب أي دور فسيولوجي. ومع ذلك ، يوضح سلوكومب أن نظام الحمض النووي حساس جدًا لترتيب رابطة الهيدروجين لدرجة أن التأثيرات الكمية مهمة. في الواقع ، حتى إعادة الترتيب الصغيرة لزوج من ذرات الهيدروجين يمكن أن تؤثر على كيفية تكاثر الحمض النووي على النطاق العياني.

يقول سلوكومب: "إن الموضوع مثير للدراسة لأنه يتضمن مزيجًا من التقنيات والأفكار من مختلف مجالات العلوم" عالم الفيزياء. "عادةً ، هذه ليست متطابقة ونطلب منهم أن يكونوا كذلك لنمذجة النظام بدقة. نحن بحاجة إلى معرفة بكل من الكيمياء والفيزياء لنمذجة الأنظمة ، بالإضافة إلى أننا نحتاج إلى معرفة علم الأحياء ، وكيف يتكاثر الحمض النووي ، والآثار المترتبة على عدم تطابقه ".

الباحثون الذين أبلغوا عن عملهم في طبيعة الاتصالات، يعبرون عن أملهم في أن تكون دراستهم "الأولى من بين العديد" حول هذا الموضوع. ويضيف سلوكومب: "أكثر ما يثير اهتمامنا ، هو ما يحدث في اللحظة المحددة لانقسام الحمض النووي وكيف يتداخل الجدول الزمني لهذا التفاعل مع الجدول الزمني السريع لنقل الهيدروجين."

تتضمن الأسئلة الأخرى ما إذا كان استخدام قواعد ATGC بدلاً من الأشكال البديلة للحمض النووي يمنح بعض الفوائد التطورية ، لأن الأول غير مستقر نسبيًا. والشيء الآخر هو ما إذا كان عدم الاستقرار هذا يؤدي إلى حدوث طفرة ، وبالتالي يقود عملية التطور. ويخلص سلوكومب إلى أنه "سيكون من المثير للاهتمام أن نفهم ما إذا كانت هناك أي مسارات لإصلاح الحمض النووي مصممة خصيصًا للقبض على هذه الأنواع من الأخطاء".

وظيفة تساعد التأثيرات الكمومية في جعل الحمض النووي غير مستقر ظهرت للمرة الأولى على عالم الفيزياء.

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-help-make-dna-unstable/