量子效应在造成 DNA 不稳定性方面发挥了迄今为止出人意料的作用——所谓的“生命分子”为所有生物体的细胞过程提供指令。 这一结论基于英国萨里大学研究人员的工作，违背了长期以来的信念，即量子行为与细胞潮湿、温暖的环境无关，并且可能对基因突变模型产生深远的影响.
DNA 著名的双螺旋的两条链通过在四个碱基——鸟嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C)、腺嘌呤 (A) 和胸腺嘧啶 (T) 中形成的氢原子（质子）之间形成的键连接在一起股。 通常，A 总是与 T 键合，C 总是与 G 键合。但是，如果链之间的键合表面的形状发生如此轻微的变化，错误的碱基就会连接起来，形成所谓的 DNA 互变异构形式，从而导致稳定的基因突变甚至癌症。
早在 1952 年，詹姆斯·沃森 (James Watson) 和弗朗西斯·克里克 (Francis Crick) 就预测到了这种效应，当时詹姆斯·沃森 (James Watson) 和弗朗西斯·克里克 (Francis Crick) 借鉴了罗莎琳德·富兰克林 (Rosalind Franklin) 和莫里斯·威尔金斯 (Maurice Wilkins) 的工作来揭示 DNA 的螺旋结构。 然而，直到现在，这种 DNA 键修饰过程才被准确量化，并了解其量子元素。
质子沿 DNA 氢键转移
在他们的工作中， 路易·斯洛科姆（Louie Slocombe）, 马可·萨基（Marco Sacchi）, 吉姆·哈利利 及其同事使用复杂的计算机模型表明，DNA 键修饰源于质子沿着 GC 碱基之间形成的氢键转移的能力。 当质子从 DNA 链的一侧跳跃到另一侧时，如果其中一个跳跃发生在 DNA 链切割或“解压缩”之前，就会发生错配，这是它复制自身过程的一部分。
为了确定是什么让质子沿着 DNA 链跳跃，研究人员使用了一种开放的量子系统方法。 他们发现，质子实际上不是沿着链跳跃，而是通过它们进行量子隧穿。 他们还发现隧穿速率如此之快，以至于系统很快达到热平衡，这意味着互变异构体的数量在生物时间尺度上保持不变。
量子效应很重要
到目前为止，人们认为任何这样的量子行为都应该在细胞内盛行的嘈杂条件下迅速消失，因此不会发挥任何生理作用。 然而，斯洛科姆解释说，DNA 系统对氢键排列非常敏感，以至于量子效应确实很重要。 事实上，即使是几个氢原子的微小重排也会影响 DNA 在宏观尺度上的复制方式。
“这个话题令人兴奋，因为它涉及来自不同科学领域的技术和思想的结合，”斯洛科姆说 物理世界. “通常情况下，这些是不一致的，我们要求它们如此才能准确地对系统进行建模。 我们需要化学和物理知识来对系统进行建模，此外我们还需要了解生物学、DNA 如何复制以及当它不匹配时的影响。”
成败：用 DNA 构建软材料
研究人员，他们在 自然通讯，表示希望他们的研究“是众多研究中的第一个”。 “我们最感兴趣的，”斯洛科姆补充说，“是在 DNA 切割的确切时刻发生了什么，以及这种相互作用的时间尺度如何与氢转移的快速时间尺度相互作用。”
其他问题包括使用 ATGC 碱基而不是替代形式的 DNA 是否会带来一些进化益处，因为前者相对不稳定。 另一个是这种不稳定性是否会导致突变，从而推动进化过程。 “了解是否有专门设计用于捕捉这些类型错误的 DNA 修复途径会很有趣，”Slocombe 总结道。
该职位 量子效应有助于使 DNA 不稳定 最早出现 物理世界.
