Kuantum etkileri DNA'yı kararsız hale getirmeye yardımcı olur

Zaman Damgası: 14 Haziran 2022 12:40
Kaynak Düğüm: 1374601

Kuantum etkileri, tüm canlı organizmalarda hücresel süreçler için talimatlar sağlayan “yaşam molekülü” olarak adlandırılan DNA'da kararsızlıklar yaratmada şimdiye kadar beklenmedik bir rol oynamaktadır. Birleşik Krallık'taki Surrey Üniversitesi'ndeki araştırmacıların çalışmasına dayanan bu sonuç, kuantum davranışının hücrelerin ıslak, sıcak ortamında alakalı olmadığı ve genetik mutasyon modelleri için geniş kapsamlı sonuçlara sahip olabileceği yönündeki uzun süredir devam eden inançlara aykırıdır. .

DNA'nın ünlü çift sarmalının iki ipliği, her birini oluşturan dört bazda - guanin (G), sitozin (C), adenin (A) ve timin (T) içindeki hidrojen atomları (protonlar) arasında oluşan bağlarla birbirine bağlanır. iplik. Normalde, A her zaman T'ye ve C her zaman G'ye bağlanır. Bununla birlikte, iplikler arasındaki bağlanma yüzeyinin şekli çok az değişirse, yanlış bazlar birbirine bağlanarak, DNA'nın totomerik olarak adlandırılan formunu oluşturabilir. kararlı genetik mutasyonlara ve hatta kansere.

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

Bu etki 1952'de James Watson ve Francis Crick'in DNA'nın sarmal yapısını ortaya çıkarmak için Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins'in çalışmalarından yararlandıklarında tahmin edildi. Ancak, ancak şimdi bu DNA bağı modifikasyon süreci doğru bir şekilde ölçülmüştür ve kuantum elementi anlaşılmıştır.

DNA hidrojen bağları boyunca proton transferi

Çalışmalarında, Louie Slocombe, marco sacchi, Jim Al Khalili ve meslektaşları, DNA bağ modifikasyonunun, protonların GC bazları arasında oluşan hidrojen bağları boyunca transfer etme yeteneğinden kaynaklandığını göstermek için karmaşık bilgisayar modelleri kullandılar. Protonlar DNA zincirinin bir tarafından diğerine atlarken, bu atlamalardan biri DNA zinciri bölünmeden hemen önce gerçekleşirse veya kendisini kopyalamak için geçtiği sürecin bir parçası olarak "açılırsa" bir uyumsuzluk meydana gelir.

Araştırmacılar, protonların DNA zincirleri boyunca zıplamasını sağlayan şeyi saptamak için açık bir kuantum sistemleri yaklaşımı kullandılar. Protonların iplikler boyunca zıplamak yerine, aslında onların içinden kuantum tüneli yaptığını keşfettiler. Ayrıca tünelleme hızının çok hızlı olduğunu ve sistemin hızlı bir şekilde termal dengeye ulaştığını, yani tautomer popülasyonunun biyolojik zaman çizelgeleri boyunca sabit kaldığını buldular.

çift ​​proton tünelleme
Löwdin'in kendiliğinden mutajenez hipotezinin şematik temsili. Bir çift proton tünelleme işlemi, kanonik olanı tautomerik baz çiftlerine dönüştürür. (Nezaket: L Slocombe)

Kuantum etkileri önemlidir

Şimdiye kadar, bu tür herhangi bir kuantum davranışının, hücrelerin içinde hüküm süren gürültülü koşullarda hızla ortadan kalkması gerektiği ve bu nedenle herhangi bir fizyolojik rol oynamayacağı düşünülüyordu. Ancak Slocombe, DNA sisteminin hidrojen bağı düzenlemesine o kadar duyarlı olduğunu ve kuantum etkilerinin önemli olduğunu açıklıyor. Gerçekten de, birkaç hidrojen atomunun küçük yeniden düzenlenmesi bile DNA'nın makroskopik ölçekte nasıl eşlendiğini etkileyebilir.

Slocombe, "Konu, farklı bilim alanlarından tekniklerin ve fikirlerin birleşimini içerdiğinden çalışmak heyecan verici" diyor. Fizik dünyası. "Tipik olarak bunlar uyumlu değil ve sistemi doğru bir şekilde modellemek için böyle olmalarını istiyoruz. Sistemleri modellemek için hem kimya hem de fizik bilgisine ihtiyacımız var ve buna ek olarak biyoloji, DNA'nın nasıl eşlendiği ve ne zaman uyuşmadığına dair çıkarımlar hakkında bilgi sahibi olmamız gerekiyor."

Çalışmalarını rapor eden araştırmacılar Doğa İletişim, çalışmalarının bu konudaki “birçoğunun ilki” olmasını umduğunu ifade edin. Slocombe, "Bizi en çok ilgilendiren şey," diye ekliyor, "DNA bölünmesinin tam anında ne olduğu ve bu etkileşimin zaman ölçeğinin hidrojen transferinin hızlı zaman ölçeği ile nasıl etkileşime girdiğidir."

Diğer sorular, alternatif DNA formları yerine ATGC bazlarının kullanılmasının, birincisi nispeten kararsız olduğundan, bazı evrimsel fayda sağlayıp sağlamadığını içerir. Bir diğeri, bu kararsızlığın mutasyona yol açıp açmadığı ve böylece evrim sürecini yönlendirip yönlendirmediğidir. Slocombe, "Bu tür hataları yakalamak için özel olarak tasarlanmış herhangi bir DNA onarım yolu olup olmadığını anlamak ilginç olurdu," diye bitiriyor.

Sonrası Kuantum etkileri DNA'yı kararsız hale getirmeye yardımcı olur İlk çıktı Fizik dünyası.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası