量子効果はDNAを不安定にするのに役立ちます

タイムスタンプ：14年2022月12日40:XNUMX PM
ソースノード： 1374601

量子効果は、DNAの不安定性を生み出す上でこれまで予想外の役割を果たします。これは、すべての生物の細胞プロセスに指示を与える、いわゆる「生命の分子」です。 この結論は、英国のサリー大学の研究者による研究に基づいており、量子挙動は細胞の湿った暖かい環境には関係がなく、遺伝子変異のモデルに広範囲にわたる結果をもたらす可能性があるという長年の信念に反しています。 。

DNAの有名な二重らせんのXNUMXつの鎖は、グアニン（G）、シトシン（C）、アデニン（A）、チミン（T）のXNUMXつの塩基の水素原子（プロトン）の間に形成される結合によって互いにリンクされています。ストランド。 通常、Aは常にTに結合し、Cは常にGに結合します。ただし、ストランド間の結合面の形状がわずかに変化すると、間違った塩基が結合して、いわゆる互変異性型のDNAが形成される可能性があります。安定した遺伝子変異や癌にさえ。

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

この効果は、1952年にジェームズワトソンとフランシスクリックがロザリンドフランクリンとモーリスウィルキンスの研究を利用してDNAのらせん構造を明らかにしたときに予測されました。 しかし、このDNA結合修飾プロセスが正確に定量化され、その量子要素が理解されたのは今だけです。

DNA水素結合に沿ったプロトン移動

彼らの仕事では、 ルイ・スロコム, マルコ・サッキ, ジム・アル＝カリーリ と同僚は、洗練されたコンピューターモデルを使用して、DNA結合の修飾が、GC塩基間に形成される水素結合に沿って移動するプロトンの能力に由来することを示しました。 プロトンがDNA鎖の一方の側からもう一方の側にホップするとき、DNA鎖がそれ自体をコピーするプロセスの一部として、DNA鎖が切断または「解凍」する直前に、これらのホップのXNUMXつが発生すると、不一致が発生します。

陽子がDNA鎖に沿ってホップする原因を突き止めるために、研究者たちはオープン量子システムアプローチを使用しました。 彼らは、陽子がストランドに沿ってホッピングするのではなく、実際にはそれらを介して量子トンネル効果を発揮していることを発見しました。 彼らはまた、トンネリング速度が非常に速いため、システムがすぐに熱平衡に達することを発見しました。これは、互変異性体の集団が生物学的タイムスケールにわたって一定のままであることを意味します。

ダブルプロトントンネリング
自発的突然変異誘発のLöwdinの仮説の概略図。 ダブルプロトントンネリングプロセスは、カノニカルを互変異性体の塩基対に変換します。 （提供：L Slocombe）

量子効果は重要です

これまで、そのような量子的振る舞いは、細胞内に広がる騒々しい条件ですぐに洗い流されるべきであり、したがって生理学的役割を果たさないと考えられていました。 ただし、Slocombeは、DNAシステムは水素結合の配置に非常に敏感であるため、量子効果が重要であると説明しています。 確かに、いくつかの水素原子のわずかな再配列でさえ、巨視的スケールでDNAがどのように複製するかに影響を与える可能性があります。

「このトピックは、科学のさまざまな領域からの技術とアイデアの組み合わせを含むため、研究するのがエキサイティングです」とSlocombeは言います。 物理学の世界。 「通常、これらは合同ではなく、システムを正確にモデル化するために合同である必要があります。 システムをモデル化するには、化学と物理の両方の知識が必要です。さらに、生物学、DNAの複製方法、およびDNAが不一致の場合の影響について知る必要があります。」

で彼らの仕事を報告する研究者 ネイチャー·コミュニケーションズ、このトピックに関する彼らの研究が「多くの最初のもの」であることへの希望を表明します。 「私たちが最も興味を持っているのは、DNA切断の正確な瞬間に何が起こるか、そしてこの相互作用のタイムスケールが水素移動の速いタイムスケールとどのように相互作用するかです」とSlocombeは付け加えます。

他の質問には、DNAの代替形態ではなくATGC塩基を使用することで、前者は比較的不安定であるため、進化的利益がもたらされるかどうかが含まれます。 もうXNUMXつは、この不安定性が突然変異につながり、進化のプロセスを促進するかどうかです。 「これらのタイプのエラーをキャッチするために特別に設計されたDNA修復経路があるかどうかを理解することは興味深いでしょう」とSlocombeは結論付けています。

ポスト 量子効果はDNAを不安定にするのに役立ちます 最初に登場した 物理学の世界.

タイムスタンプ：

より多くの 物理学の世界