เอฟเฟกต์ควอนตัมช่วยให้ DNA ไม่เสถียร

เอฟเฟกต์ควอนตัมมีบทบาทที่ไม่คาดคิดมาก่อนในการสร้างความไม่เสถียรใน DNA – ที่เรียกว่า "โมเลกุลของชีวิต" ซึ่งให้คำแนะนำสำหรับกระบวนการของเซลล์ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ข้อสรุปนี้อิงจากผลงานของนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเซอร์เรย์ในสหราชอาณาจักร ซึ่งขัดต่อความเชื่อที่มีมาช้านานว่าพฤติกรรมควอนตัมไม่สัมพันธ์กันในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นและอบอุ่นของเซลล์ และอาจส่งผลอย่างมากต่อแบบจำลองของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม .

เกลียวคู่ที่มีชื่อเสียงของ DNA สองสายเชื่อมโยงกันด้วยพันธะที่ก่อตัวขึ้นระหว่างอะตอมของไฮโดรเจน (โปรตอน) ในเบสทั้งสี่ – กวานีน (G), ไซโตซีน (C), อะดีนีน (A) และไทมีน (T) ซึ่งประกอบกันเป็นแต่ละ สาระ โดยปกติ A จะถูกผูกมัดกับ T และ C จะผูกมัดกับ G เสมอ อย่างไรก็ตาม หากรูปร่างของพื้นผิวพันธะระหว่างเส้นทั้งสองเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อย เบสที่ไม่ถูกต้องก็อาจเชื่อมโยงกัน ก่อตัวเป็น DNA ที่เรียกว่าเทาโทเมอร์ที่สามารถนำไปสู่ ไปจนถึงการกลายพันธุ์ของยีนที่เสถียรหรือแม้กระทั่งมะเร็ง

ผลกระทบนี้คาดการณ์ไว้ในปี 1952 เมื่อ James Watson และ Francis Crick ดึงงานโดย Rosalind Franklin และ Maurice Wilkins เพื่อเปิดเผยโครงสร้างเกลียวของ DNA อย่างไรก็ตาม เฉพาะตอนนี้เท่านั้นที่กระบวนการดัดแปลงพันธะดีเอ็นเอนี้ได้รับการหาปริมาณอย่างแม่นยำ และองค์ประกอบควอนตัมของมันก็เข้าใจแล้ว

การถ่ายโอนโปรตอนไปตามพันธะของ DNA ไฮโดรเจน

ในการทำงานของพวกเขา หลุย สโลคอมบ์, มาร์โกซาคี, จิม อัล-คาลิลี และเพื่อนร่วมงานใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนเพื่อแสดงให้เห็นว่าการดัดแปลงพันธะดีเอ็นเอเกิดจากความสามารถของโปรตอนในการถ่ายโอนไปตามพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างฐาน GC ในขณะที่โปรตอนกระโดดจากด้านหนึ่งของสาย DNA ไปยังอีกด้านหนึ่ง จะเกิดการไม่ตรงกันหากฮ็อปตัวใดตัวหนึ่งเกิดขึ้นก่อนที่สาย DNA จะแตกออก หรือ "คลายซิป" ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการที่จะคัดลอกตัวเอง

นักวิจัยได้ใช้แนวทางระบบควอนตัมแบบเปิดเพื่อหาสาเหตุที่ทำให้โปรตอนกระโดดไปตามสายดีเอ็นเอ พวกเขาค้นพบว่าแทนที่จะกระโดดไปตามเกลียว แท้จริงแล้ว โปรตอนคืออุโมงค์ควอนตัมลอดผ่านพวกมัน พวกเขายังพบว่าอัตราการเจาะอุโมงค์นั้นเร็วมากจนระบบไปถึงสมดุลทางความร้อนอย่างรวดเร็ว ซึ่งหมายความว่าประชากรของเทาโทเมอร์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงตลอดช่วงเวลาทางชีวภาพ

เอฟเฟกต์ควอนตัมมีความสำคัญ

จนถึงขณะนี้ คิดว่าพฤติกรรมควอนตัมดังกล่าวควรถูกชะล้างออกไปอย่างรวดเร็วในสภาวะที่มีเสียงดังที่อยู่ภายในเซลล์ และด้วยเหตุนี้จึงไม่มีบทบาททางสรีรวิทยาใดๆ อย่างไรก็ตาม Slocombe อธิบายว่าระบบ DNA มีความไวต่อการจัดเรียงพันธะไฮโดรเจนซึ่งผลกระทบของควอนตัมมีความสำคัญ แท้จริงแล้ว แม้แต่การจัดเรียงใหม่ของอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมก็อาจส่งผลต่อการทำซ้ำของดีเอ็นเอในระดับมหภาค

“หัวข้อนี้น่าตื่นเต้นที่จะศึกษาเพราะมันเกี่ยวข้องกับการผสมผสานเทคนิคและแนวคิดจากขอบเขตวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกัน” สโลคอมบ์กล่าว โลกฟิสิกส์. “โดยปกติ สิ่งเหล่านี้ไม่สอดคล้องกัน และเราต้องการให้เป็นเช่นนั้นเพื่อสร้างแบบจำลองระบบอย่างถูกต้อง เราต้องการความรู้ทั้งเคมีและฟิสิกส์เพื่อสร้างแบบจำลองระบบ และนอกจากนี้ เราจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับชีววิทยา วิธีที่ DNA จำลองแบบ และความหมายเมื่อมันไม่ตรงกัน”

นักวิจัยที่รายงานผลงานของพวกเขาใน การสื่อสารธรรมชาติแสดงความหวังว่าการศึกษาของพวกเขา “เป็นครั้งแรกในหลาย ๆ ด้าน” ในหัวข้อนี้ "สิ่งที่เราสนใจมากที่สุด" Slocombe กล่าวเสริม "คือสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่แน่นอนของการแยกตัวของ DNA และระยะเวลาของการโต้ตอบนี้สัมพันธ์กับระยะเวลาการถ่ายโอนไฮโดรเจนที่รวดเร็ว"

คำถามอื่นๆ ได้แก่ การใช้ฐาน ATGC มากกว่ารูปแบบทางเลือกของ DNA ให้ผลประโยชน์เชิงวิวัฒนาการบางอย่างหรือไม่ เนื่องจากแบบเดิมค่อนข้างไม่เสถียร อีกประการหนึ่งคือความไม่เสถียรนี้นำไปสู่การกลายพันธุ์หรือไม่ ซึ่งขับเคลื่อนกระบวนการวิวัฒนาการ "เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะเข้าใจว่ามีเส้นทางการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อตรวจจับข้อผิดพลาดประเภทนี้หรือไม่" สโลคอมบ์สรุป

โพสต์ เอฟเฟกต์ควอนตัมช่วยให้ DNA ไม่เสถียร ปรากฏตัวครั้งแรกเมื่อ โลกฟิสิกส์.

• คอยน์สมาร์ท การแลกเปลี่ยน Bitcoin และ Crypto ที่ดีที่สุดในยุโรป
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าฟรี
• คริปโตฮอว์ก เรดาร์ Altcoin ทดลองฟรี.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-help-make-dna-unstable/