Τα κβαντικά αποτελέσματα βοηθούν στο να γίνει το DNA ασταθές

Τα κβαντικά φαινόμενα παίζουν έναν μέχρι τώρα απροσδόκητο ρόλο στη δημιουργία αστάθειας στο DNA - το λεγόμενο «μόριο της ζωής» που παρέχει οδηγίες για κυτταρικές διεργασίες σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Αυτό το συμπέρασμα, που βασίζεται σε εργασία ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Surrey στο Ηνωμένο Βασίλειο, έρχεται σε αντίθεση με τις μακροχρόνιες πεποιθήσεις ότι η κβαντική συμπεριφορά δεν είναι σχετική στο υγρό, ζεστό περιβάλλον των κυττάρων και θα μπορούσε να έχει εκτεταμένες συνέπειες για μοντέλα γενετικής μετάλλαξης .

Οι δύο κλώνοι της περίφημης διπλής έλικας του DNA συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ ατόμων υδρογόνου (πρωτόνια) στις τέσσερις βάσεις – γουανίνη (G), κυτοσίνη (C), αδενίνη (Α) και θυμίνη (Τ) – που αποτελούν το καθένα. νήμα. Κανονικά, το A συνδέεται πάντα με το T και το C συνδέεται πάντα με το G. Ωστόσο, εάν το σχήμα της επιφάνειας σύνδεσης μεταξύ των κλώνων αλλάξει τόσο ελαφρά, οι λάθος βάσεις μπορούν να συνδεθούν, σχηματίζοντας μια λεγόμενη ταυτομερή μορφή DNA που μπορεί να οδηγήσει σε σταθερές γενετικές μεταλλάξεις ή ακόμη και καρκίνο.

Αυτό το φαινόμενο είχε προβλεφθεί το 1952, όταν ο Τζέιμς Γουάτσον και ο Φράνσις Κρικ χρησιμοποίησαν το έργο των Ρόζαλιντ Φράνκλιν και Μορίς Γουίλκινς για να αποκαλύψουν την ελικοειδή δομή του DNA. Ωστόσο, μόλις τώρα αυτή η διαδικασία τροποποίησης του δεσμού DNA έχει ποσοτικοποιηθεί με ακρίβεια και το κβαντικό στοιχείο της είναι κατανοητό.

Μεταφορά πρωτονίων κατά μήκος δεσμών υδρογόνου DNA

Στη δουλειά τους, Λούι Σλόκομμπ, Μάρκο Σάκι, Τζιμ Αλ Χαλίλι και οι συνάδελφοι χρησιμοποίησαν εξελιγμένα μοντέλα υπολογιστών για να δείξουν ότι η τροποποίηση του δεσμού DNA προέρχεται από την ικανότητα των πρωτονίων να μεταφέρουν κατά μήκος των δεσμών υδρογόνου που σχηματίζονται μεταξύ των βάσεων GC. Καθώς τα πρωτόνια πηδούν από τη μια πλευρά του κλώνου του DNA στην άλλη, εμφανίζεται μια αναντιστοιχία εάν ένας από αυτούς τους λυκίσκους συμβεί λίγο πριν ο κλώνος του DNA διασπαστεί ή «ξεκολλήσει», ως μέρος της διαδικασίας που υποβάλλεται για να αντιγραφεί.

Για να εντοπίσουν τι κάνει τα πρωτόνια να πηδούν κατά μήκος των κλώνων του DNA, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια προσέγγιση ανοιχτών κβαντικών συστημάτων. Ανακάλυψαν ότι αντί να χοροπηδούν κατά μήκος των κλώνων, τα πρωτόνια στην πραγματικότητα περνούν κβαντική σήραγγα μέσω αυτών. Βρήκαν επίσης ότι ο ρυθμός διάνοιξης σήραγγας είναι τόσο γρήγορος που το σύστημα φτάνει γρήγορα σε θερμική ισορροπία, πράγμα που σημαίνει ότι ο πληθυσμός των ταυτομερών παραμένει σταθερός σε βιολογικές χρονικές κλίμακες.

Τα κβαντικά εφέ έχουν σημασία

Μέχρι τώρα, πιστευόταν ότι οποιαδήποτε τέτοια κβαντική συμπεριφορά θα έπρεπε να ξεπλένεται γρήγορα στις θορυβώδεις συνθήκες που επικρατούν μέσα στα κύτταρα, και έτσι δεν θα έπαιζε κανένα φυσιολογικό ρόλο. Ωστόσο, ο Slocombe εξηγεί ότι το σύστημα DNA είναι τόσο ευαίσθητο στη διάταξη του δεσμού υδρογόνου που τα κβαντικά φαινόμενα έχουν σημασία. Πράγματι, ακόμη και η μικροσκοπική αναδιάταξη μερικών ατόμων υδρογόνου μπορεί να επηρεάσει τον τρόπο με τον οποίο το DNA αντιγράφεται στη μακροσκοπική κλίμακα.

«Το θέμα είναι συναρπαστικό για μελέτη, καθώς περιλαμβάνει τον συνδυασμό τεχνικών και ιδεών από διαφορετικές σφαίρες της επιστήμης», λέει ο Slocombe. Κόσμος Φυσικής. «Συνήθως, αυτά δεν είναι συμβατά και απαιτούμε να είναι έτσι για να μοντελοποιήσουμε το σύστημα με ακρίβεια. Χρειαζόμαστε γνώση τόσο της χημείας όσο και της φυσικής για να μοντελοποιήσουμε τα συστήματα και επιπλέον πρέπει να γνωρίζουμε τη βιολογία, τον τρόπο αντιγραφής του DNA και τις συνέπειες για το πότε δεν ταιριάζει.»

Οι ερευνητές, που αναφέρουν την εργασία τους στο Nature Communications, εκφράζουν την ελπίδα ότι η μελέτη τους «είναι η πρώτη από τις πολλές» για αυτό το θέμα. «Αυτό που μας ενδιαφέρει περισσότερο», προσθέτει ο Slocombe, «είναι τι συμβαίνει ακριβώς τη στιγμή της διάσπασης του DNA και πώς η χρονική κλίμακα αυτής της αλληλεπίδρασης αλληλεπιδρά με τη γρήγορη χρονική κλίμακα της μεταφοράς υδρογόνου».

Άλλα ερωτήματα περιλαμβάνουν εάν η χρήση βάσεων ATGC αντί εναλλακτικών μορφών DNA προσδίδει κάποιο εξελικτικό όφελος, καθώς οι πρώτες είναι σχετικά ασταθείς. Ένα άλλο είναι εάν αυτή η αστάθεια οδηγεί σε μετάλλαξη, οδηγώντας έτσι τη διαδικασία της εξέλιξης. «Θα ήταν ενδιαφέρον να καταλάβουμε αν υπάρχουν μονοπάτια επιδιόρθωσης DNA ειδικά σχεδιασμένα για να συλλαμβάνουμε αυτούς τους τύπους σφαλμάτων», καταλήγει ο Slocombe.

Ο ορθοστάτης Τα κβαντικά αποτελέσματα βοηθούν στο να γίνει το DNA ασταθές εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε Κόσμος Φυσικής.

• Coinsmart. Το καλύτερο ανταλλακτήριο Bitcoin και Crypto στην Ευρώπη.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΡΟΣΒΑΣΗ.
• CryptoHawk. Ραντάρ Altcoin. Δωρεάν δοκιμή.
• Πηγή: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-help-make-dna-unstable/