اثرات کوانتومی به ناپایدار شدن DNA کمک می کند

اثرات کوانتومی تا به حال نقش غیرمنتظره ای در ایجاد ناپایداری در DNA ایفا می کند - به اصطلاح "مولکول حیات" که دستورالعمل هایی را برای فرآیندهای سلولی در همه موجودات زنده ارائه می دهد. این نتیجه گیری بر اساس کار محققان دانشگاه سوری در بریتانیا، برخلاف باورهای قدیمی است که رفتار کوانتومی در محیط مرطوب و گرم سلول ها مرتبط نیست و می تواند پیامدهای گسترده ای برای مدل های جهش ژنتیکی داشته باشد. .

دو رشته مارپیچ دوگانه معروف DNA با پیوندهایی که بین اتم های هیدروژن (پروتون ها) در چهار پایه - گوانین (G)، سیتوزین (C)، آدنین (A) و تیمین (T) - که هر یک را تشکیل می دهند، به هم متصل می شوند. رشته به طور معمول، A همیشه به T و C همیشه به G پیوند می‌دهد. با این حال، اگر شکل سطح پیوند بین رشته‌ها تا این حد تغییر کند، بازهای اشتباه می‌توانند به هم مرتبط شوند و شکلی به اصطلاح توتومریک از DNA را تشکیل دهند که می‌تواند منجر شود. به جهش های ژنتیکی پایدار یا حتی سرطان.

این اثر در سال 1952 پیش‌بینی شد، زمانی که جیمز واتسون و فرانسیس کریک از کارهای روزالیند فرانکلین و موریس ویلکینز برای کشف ساختار مارپیچ DNA استفاده کردند. با این حال، تنها اکنون است که این فرآیند اصلاح پیوند DNA به طور دقیق اندازه گیری شده است و عنصر کوانتومی آن درک شده است.

انتقال پروتون در امتداد پیوندهای هیدروژنی DNA

در کارشان، لویی اسلوکامب, مارکو ساکی, جیم الخلیلی و همکارانش از مدل‌های کامپیوتری پیچیده استفاده کردند تا نشان دهند که اصلاح پیوند DNA از توانایی پروتون‌ها برای انتقال در امتداد پیوندهای هیدروژنی که بین پایه‌های GC تشکیل می‌شوند، نشات می‌گیرد. هنگامی که پروتون ها از یک طرف رشته DNA به سمت دیگر پرش می کنند، اگر یکی از این پرش ها درست قبل از جدا شدن رشته DNA، یا "باز شدن زیپ" به عنوان بخشی از فرآیندی که برای کپی کردن خود انجام می شود، اتفاق بیفتد، عدم تطابق رخ می دهد.

برای مشخص کردن آنچه باعث می‌شود پروتون‌ها در طول رشته‌های DNA پرش کنند، محققان از رویکرد سیستم‌های کوانتومی باز استفاده کردند. آنها کشف کردند که پروتون ها به جای پرش در امتداد رشته ها، در واقع در حال تونل کوانتومی از طریق آنها هستند. آنها همچنین دریافتند که سرعت تونل زنی آنقدر سریع است که سیستم به سرعت به تعادل حرارتی می رسد، به این معنی که جمعیت توتومرها در بازه های زمانی بیولوژیکی ثابت می ماند.

اثرات کوانتومی اهمیت دارد

تاکنون تصور می‌شد که چنین رفتار کوانتومی باید در شرایط پر سر و صدایی که در داخل سلول‌ها حاکم است، به سرعت از بین برود و در نتیجه هیچ نقش فیزیولوژیکی ایفا نکند. با این حال، اسلوکامب توضیح می دهد که سیستم DNA به قدری به آرایش پیوند هیدروژنی حساس است که اثرات کوانتومی اهمیت دارد. در واقع، حتی بازآرایی کوچک چند اتم هیدروژن می تواند بر چگونگی تکثیر DNA در مقیاس ماکروسکوپی تأثیر بگذارد.

اسلوکامب می‌گوید: «مطالعه این موضوع هیجان‌انگیز است، زیرا شامل ترکیبی از تکنیک‌ها و ایده‌هایی از حوزه‌های مختلف علم است. دنیای فیزیک. «معمولاً، این‌ها با هم هماهنگ نیستند و برای مدل‌سازی دقیق سیستم، به آن‌ها نیاز داریم. ما برای مدل‌سازی سیستم‌ها به دانش شیمی و فیزیک نیاز داریم و علاوه بر این باید در مورد زیست‌شناسی، نحوه تکثیر DNA و پیامدهای عدم تطابق آن بدانیم.»

محققانی که کار خود را در طبیعت ارتباطات، ابراز امیدواری می کنند که مطالعه آنها "اولین مطالعه" در مورد این موضوع است. اسلوکامب می افزاید: «چیزی که بیشتر ما را مورد توجه قرار می دهد، این است که دقیقاً در لحظه شکاف DNA چه اتفاقی می افتد و چگونه مقیاس زمانی این تعامل با مقیاس زمانی سریع انتقال هیدروژن در تعامل است.»

سؤالات دیگر شامل این است که آیا استفاده از بازهای ATGC به جای اشکال جایگزین DNA برخی از مزایای تکاملی را به همراه دارد، زیرا اولی نسبتاً ناپایدار است. دیگری این است که آیا این بی ثباتی منجر به جهش می شود و در نتیجه فرآیند تکامل را هدایت می کند. اسلوکامب نتیجه می گیرد: «جالب است که بفهمیم آیا مسیرهای ترمیم DNA به طور خاص برای تشخیص این نوع خطاها طراحی شده است یا خیر.

پست اثرات کوانتومی به ناپایدار شدن DNA کمک می کند به نظر می رسد برای اولین بار در دنیای فیزیک.

• Coinsmart. بهترین صرافی بیت کوین و کریپتو اروپا.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی رایگان.
• CryptoHawk. رادار آلت کوین امتحان رایگان.
• منبع: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-help-make-dna-unstable/