A kvantumhatások segítenek a DNS instabillá tételében

Időbélyeg: 14. június 2022. 12:40
Forrás csomópont: 1374601

A kvantumhatások eddig váratlan szerepet játszanak a DNS-ben – az úgynevezett „életmolekulában”, amely útmutatást ad minden élő szervezet sejtfolyamataihoz – instabilitások létrehozásában. Ez a következtetés, amely a brit Surrey Egyetem kutatóinak munkáján alapul, ellentétes azzal a régóta fennálló vélekedéssel, miszerint a kvantum viselkedés nem releváns a sejtek nedves, meleg környezetében, és messzemenő következményekkel járhat a genetikai mutáció modelljére. .

A DNS híres kettős hélixének két szálát hidrogénatomok (protonok) közötti kötések kötik össze a négy bázisban – guaninban (G), citozinban (C), adeninben (A) és timinben (T) –, amelyek mindegyikét alkotják. part. Normális esetben A mindig kötődik T-hez, C pedig mindig G-hez. Ha azonban a szálak közötti kötőfelület alakja ilyen kismértékben megváltozik, akkor a rossz bázisok összekapcsolódhatnak, és a DNS úgynevezett tautomer formáját hozva létre, amely vezethet stabil genetikai mutációkhoz vagy akár rákhoz.

googletag.cmd.push (function () {googletag.display ('div-gpt-ad-3759129-1');});

Ezt a hatást már 1952-ben megjósolták, amikor James Watson és Francis Crick Rosalind Franklin és Maurice Wilkins munkájára támaszkodott a DNS spirális szerkezetének feltárása érdekében. Ezt a DNS-kötés módosulási folyamatot azonban csak most sikerült pontosan számszerűsíteni, és kvantumelemét megérteni.

Protontranszfer a DNS hidrogénkötései mentén

Munkájuk során Louie Slocombe, Marco Sacchi, Jim Al-Khalili és munkatársai kifinomult számítógépes modellekkel kimutatták, hogy a DNS-kötés módosulása a protonok azon képességéből fakad, hogy a GC-bázisok között kialakuló hidrogénkötések mentén képesek átadni. Miközben a protonok a DNS-szál egyik oldaláról a másikra ugrálnak, eltérés lép fel, ha az egyik ilyen ugrás közvetlenül azelőtt történik, hogy a DNS-szál hasadna, vagy „kicsomagolna”, annak a folyamatnak a részeként, amelyen átmegy az önmásolás.

A kutatók nyílt kvantumrendszer-megközelítést alkalmaztak annak meghatározására, hogy a protonok mitől ugrálnak a DNS-szálak mentén. Felfedezték, hogy a protonok ahelyett, hogy a szálak mentén ugrálnának, valójában kvantum-alagúton haladnak át rajtuk. Azt is megállapították, hogy az alagút sebessége olyan gyors, hogy a rendszer gyorsan eléri a termikus egyensúlyt, ami azt jelenti, hogy a tautomerek populációja állandó marad a biológiai idők során.

kettős proton alagút
Löwdin spontán mutagenezis hipotézisének sematikus ábrázolása. A kettős proton alagútképzési folyamat a kanonikusokat tautomer bázispárokká alakítja. (Jóvolt: L Slocombe)

A kvantumhatások számítanak

Eddig úgy gondolták, hogy minden ilyen kvantum viselkedésnek gyorsan ki kell mosódnia a sejtek belsejében uralkodó zajos körülmények között, és így nem játszana semmilyen élettani szerepet. Slocombe azonban elmagyarázza, hogy a DNS-rendszer annyira érzékeny a hidrogénkötések elrendezésére, hogy a kvantumhatások számítanak. Valójában még néhány hidrogénatom apró átrendeződése is befolyásolhatja a DNS replikációját a makroszkopikus skálán.

"A téma izgalmas tanulmányozása, mivel a tudomány különböző területeiről származó technikák és ötletek kombinációját foglalja magában" - mondja Slocombe Fizika Világa. „Általában ezek nem kongruensek, és a rendszer pontos modellezéséhez megköveteljük, hogy így legyenek. A rendszerek modellezéséhez mind a kémia, mind a fizika ismeretére van szükségünk, ezen kívül pedig tudnunk kell a biológiáról, a DNS replikációjáról és az eltérések következményeiről.”

A kutatók, akik beszámolnak munkájukról Nature Communications, reményüket fejezik ki, hogy tanulmányuk „az első a sok közül” ebben a témában. „Az érdekel minket leginkább – teszi hozzá Slocombe –, hogy mi történik a DNS hasításának pontos pillanatában, és hogy ennek a kölcsönhatásnak az időskálája hogyan hat egymásra a hidrogéntranszfer gyors ütemével.”

További kérdések az is, hogy az ATGC bázisok használata a DNS alternatív formái helyett jár-e valamilyen evolúciós előnyökkel, mivel az előbbiek viszonylag instabilak. Egy másik kérdés, hogy ez az instabilitás mutációhoz vezet-e, és ezáltal az evolúció folyamatát. „Érdekes lenne megérteni, hogy létezik-e olyan DNS-javító útvonal, amelyet kifejezetten az ilyen típusú hibák észlelésére terveztek” – összegzi Slocombe.

A poszt A kvantumhatások segítenek a DNS instabillá tételében jelent meg először Fizika Világa.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa