양자 효과는 DNA를 불안정하게 만드는 데 도움이 됩니다.

타임 스탬프 : 14 년 2022 월 12 일 오후 40:XNUMX
소스 노드 : 1374601

양자 효과는 모든 살아있는 유기체의 세포 과정에 대한 지침을 제공하는 소위 "생명 분자"인 DNA의 불안정성을 만드는 데 지금까지 예상치 못한 역할을 합니다. 영국 Surrey 대학의 연구원들의 연구를 기반으로 한 이 결론은 양자 행동이 세포의 습하고 따뜻한 환경과 관련이 없으며 유전적 돌연변이 모델에 광범위한 영향을 미칠 수 있다는 오랜 믿음에 반하는 것입니다. .

DNA의 유명한 이중 나선의 두 가닥은 각각을 구성하는 구아닌(G), 시토신(C), 아데닌(A) 및 티민(T)의 네 가지 염기에서 수소 원자(양성자) 사이에 형성되는 결합으로 서로 연결되어 있습니다. 바닷가. 일반적으로 A는 항상 T에 결합하고 C는 항상 G에 결합합니다. 그러나 가닥 사이의 결합 표면 모양이 아주 약간만 바뀌면 잘못된 염기가 연결되어 소위 호변이성체 형태의 DNA를 형성할 수 있습니다. 안정적인 유전적 돌연변이나 암에 이르기까지.

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이 효과는 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 DNA의 나선 구조를 밝히기 위해 로잘린드 프랭클린과 모리스 윌킨스의 연구를 바탕으로 한 1952년으로 거슬러 올라갑니다. 그러나 이 DNA 결합 변형 과정이 정확하게 정량화되고 그 양자 요소가 이해된 것은 이제서야 가능합니다.

DNA 수소 결합을 통한 양성자 이동

그들의 작업에서, 루이 슬로컴, 마르코 사키, 짐 알 칼릴리 그리고 동료들은 정교한 컴퓨터 모델을 사용하여 DNA 결합 변형이 GC 염기 사이에서 형성되는 수소 결합을 따라 이동하는 양성자의 능력에서 비롯된다는 것을 보여주었습니다. 양성자가 DNA 가닥의 한 쪽에서 다른 쪽으로 이동할 때 이러한 도약 중 하나가 DNA 가닥이 절단되기 직전에 발생하거나 자체 복제를 위해 겪는 과정의 일부로 "압축 해제"가 발생하면 불일치가 발생합니다.

양성자가 DNA 가닥을 따라 뛰게 만드는 원인을 파악하기 위해 연구자들은 개방형 양자 시스템 접근 방식을 사용했습니다. 그들은 가닥을 따라 뛰어다니는 것이 아니라 실제로 양성자가 가닥을 통해 양자 터널링을 한다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 터널링 속도가 너무 빨라서 시스템이 빠르게 열 평형에 도달한다는 것을 발견했습니다.

이중 양성자 터널링
자발적 돌연변이 유발의 Löwdin 가설의 도식적 표현. 이중 양성자 터널링 과정은 표준 염기쌍을 호변이성 염기쌍으로 변환합니다. (제공: 엘 슬로컴)

양자 효과가 중요하다

지금까지는 그러한 양자 거동이 세포 내부에 만연한 시끄러운 조건에서 빨리 사라져야 하므로 생리학적 역할을 하지 않을 것이라고 생각했습니다. 그러나 Slocombe는 DNA 시스템이 수소 결합 배열에 너무 민감하여 양자 효과가 중요하다고 설명합니다. 실제로, 몇 개의 수소 원자를 조금만 재배열해도 DNA가 거시적 규모에서 복제되는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다.

Slocombe는 "주제는 다양한 과학 영역의 기술과 아이디어의 조합을 포함하기 때문에 연구하기에 흥미진진합니다."라고 말합니다. 물리 세계. “일반적으로 이들은 일치하지 않으며 시스템을 정확하게 모델링하기 위해 일치해야 합니다. 우리는 시스템을 모델링하기 위해 화학과 물리학에 대한 지식이 필요하며 생물학, DNA 복제 방법 및 불일치할 때의 의미에 대해 알아야 합니다.”

에 그들의 작업을 보고하는 연구원들은 자연 통신, 그들의 연구가 이 주제에 대해 “많은 것 중 첫 번째”가 되기를 바랍니다. Slocombe는 "우리가 가장 관심을 갖는 것은 DNA 절단의 정확한 순간에 일어나는 일과 이 상호작용의 시간 척도가 수소 전달의 빠른 시간 척도와 상호 작용하는 방법입니다."라고 덧붙였습니다.

다른 질문에는 DNA의 대체 형태보다 ATGC 염기를 사용하는 것이 진화론적 이점을 제공하는지 여부가 포함됩니다. 전자는 상대적으로 불안정하기 때문입니다. 또 다른 하나는 이러한 불안정성이 돌연변이로 이어져 진화 과정을 주도하는지 여부입니다. Slocombe는 "이러한 유형의 오류를 포착하도록 특별히 설계된 DNA 복구 경로가 있는지 이해하는 것은 흥미로울 것입니다."라고 결론지었습니다.

포스트 양자 효과는 DNA를 불안정하게 만드는 데 도움이 됩니다. 첫 번째 등장 물리 세계.

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