Efectele cuantice ajută la instabilitatea ADN-ului

Efectele cuantice joacă un rol până acum neașteptat în crearea instabilităților în ADN – așa-numita „moleculă a vieții” care oferă instrucțiuni pentru procesele celulare în toate organismele vii. Această concluzie, bazată pe lucrările cercetătorilor de la Universitatea Surrey din Marea Britanie, contravine credințelor de mult timp că comportamentul cuantic nu este relevant în mediul umed și cald al celulelor și ar putea avea consecințe de amploare pentru modelele de mutație genetică. .

Cele două catene ale celebrei spirale duble a ADN-ului sunt legate între ele prin legături care se formează între atomii de hidrogen (protoni) din cele patru baze – guanina (G), citozină (C), adenina (A) și timina (T) – care alcătuiesc fiecare. șuviță. În mod normal, A se leagă întotdeauna de T și C se leagă întotdeauna de G. Cu toate acestea, dacă forma suprafeței de legătură dintre catenele se schimbă foarte ușor, bazele greșite se pot lega, formând așa-numita formă tautomeră de ADN care poate duce la mutații genetice stabile sau chiar la cancer.

Acest efect a fost prezis încă din 1952, când James Watson și Francis Crick s-au bazat pe lucrările lui Rosalind Franklin și Maurice Wilkins pentru a descoperi structura elicoidală a ADN-ului. Cu toate acestea, abia acum acest proces de modificare a legăturii ADN a fost cuantificat cu acuratețe, iar elementul său cuantic a fost înțeles.

Transferul de protoni de-a lungul legăturilor de hidrogen ADN

În munca lor, Louie Slocombe, Marco Sacchi, Jim Al-Khalili și colegii au folosit modele computerizate sofisticate pentru a arăta că modificarea legăturii ADN provine din capacitatea protonilor de a se transfera de-a lungul legăturilor de hidrogen care se formează între bazele GC. Pe măsură ce protonii țâșnesc dintr-o parte a catenei de ADN pe cealaltă, apare o nepotrivire dacă unul dintre acești hopuri are loc chiar înainte ca catena ADN-ului să se scindeze, sau să se „desface”, ca parte a procesului pe care îl suferă pentru a se copia.

Pentru a identifica ceea ce face ca protonii să sară de-a lungul catenelor de ADN, cercetătorii au folosit o abordare a sistemelor cuantice deschise. Ei au descoperit că, în loc să sară de-a lungul firelor, protonii sunt de fapt tuneluri cuantice prin ele. Ei au descoperit, de asemenea, că rata de tunelare este atât de rapidă încât sistemul ajunge rapid la echilibrul termic, ceea ce înseamnă că populația de tautomeri rămâne constantă pe intervale de timp biologice.

Efectele cuantice contează

Până acum, se credea că orice astfel de comportament cuantic ar trebui să fie îndepărtat rapid în condițiile zgomotoase care predomină în interiorul celulelor și, prin urmare, nu ar juca niciun rol fiziologic. Cu toate acestea, Slocombe explică că sistemul ADN este atât de sensibil la aranjamentul legăturilor de hidrogen, încât efectele cuantice contează. Într-adevăr, chiar și mica rearanjare a câtorva atomi de hidrogen poate afecta modul în care ADN-ul se reproduce la scară macroscopică.

„Subiectul este interesant de studiat, deoarece implică combinarea de tehnici și idei din diferite domenii ale științei”, spune Slocombe. Lumea fizicii. „De obicei, acestea nu sunt congruente și le cerem să fie așa pentru a modela sistemul cu acuratețe. Avem nevoie de cunoștințe atât de chimie, cât și de fizică pentru a modela sistemele și, în plus, trebuie să știm despre biologie, cum se reproduce ADN-ul și implicațiile atunci când se potrivește necorespunzător.”

Cercetătorii, care își raportează munca în Natura Comunicaţii, își exprimă speranța că studiul lor „este primul dintre multe” pe această temă. „Ceea ce ne interesează cel mai mult”, adaugă Slocombe, „este ceea ce se întâmplă în momentul exact al scindării ADN-ului și modul în care scala de timp a acestei interacțiuni interacționează cu scala de timp rapidă a transferului de hidrogen”.

Alte întrebări includ dacă utilizarea bazelor ATGC mai degrabă decât a formelor alternative de ADN conferă un anumit beneficiu evolutiv, deoarece primele sunt relativ instabile. Un altul este dacă această instabilitate duce la mutație, conducând astfel procesul de evoluție. „Ar fi interesant de înțeles dacă există căi de reparare a ADN-ului special concepute pentru a detecta aceste tipuri de erori”, conchide Slocombe.

Mesaj Efectele cuantice ajută la instabilitatea ADN-ului a apărut în primul rând pe Lumea fizicii.

• Coinsmart. Cel mai bun schimb de Bitcoin și Crypto din Europa.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. ACCES LIBER.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Încercare gratuită.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-help-make-dna-unstable/