“怪异”量子生物学可能导致您的DNA突变

量子力学(艾伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)曾经被嘲笑为“怪异”)能否以一种高度个人的方式影响我们?很可能。理论研究开始表明量子效应

量子力学(艾伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)曾经被嘲笑为“怪异”)能否以一种高度个人的方式影响我们?很可能。理论研究开始表明量子效应可能会驱动人DNA中的突变。如果是真的,这可能会改变我们理解癌症,遗传疾病甚至生活的起源的方式。

科学家曾经认为生物系统过热,潮湿和混乱,无法体验质量隧穿等奇怪的量子效应,其中粒子的波形会散开,从而使其在通常会阻止其通道的能量屏障上闪烁。通常,周围的热量和混乱越多,量子效应就越小。因此,多年来,科学家认为,在人体中,量子行为太小了,至关重要。

但是您找不到想要的东西。随着量子物理学家开始戳入凌乱而复杂的生物学世界,他们甚至在我们的DNA中都发现了量子力学。欢迎来到量子生物学世界。

点突变的底漆

DNA的标志性双螺旋是由两个盘绕的分子链形成的,中心的位,像拼图一样连接,每种都有四种不同形状之一,命名为字母。 t形状键成形状,G形形状与C形形状相连,形成所谓的“碱基对”。这些小分子分支通过其氢原子之间的弱景点连接,这些氢原子具有单个质子和电子。

有时会发生错误,并且字母配对错误 – 我们称之为点突变的错误。点突变会加起来并引起DNA问题,有时会导致癌症或其他健康问题。大多数通常是DNA复制过程中错误的结果,点突变也可能是由X射线暴露,紫外线辐射或任何激发原子颗粒从其有序的地方移动的东西引起的。

50年来,研究人员一直在争论质子在DNA的弱结合链之间切换位置是否会导致点突变。答案似乎是否定的。许多研究得出的结论是,质子切换产生的中间基本状态过于不稳定和短暂,无法在DNA中复制。但是,发表在《通信物理学》杂志上的一项新研究发现,这些状态可以频繁且稳定,并且量子过程可能会推动其形成。

研究人员在无限的弹簧状振动颗粒的无限海洋中建模了G:C碱基对的氢键之间的质子转移,代表了混乱的细胞环境。他们的计算表明,对于DNA螺旋中心的G:C连接的质子传输可能很快发生,即在几百个飞秒或0.000000000000001秒内。这样的速度比我们的生物学时间尺度要快得多。

这种切换发生得如此之快,如此频繁,以至于对我们的DNA,它“看起来”就像一部分质子总是在探访他们的邻居,就像屏幕上的图像可以如此快地闪烁,以至于我们的眼睛看起来仍然一样。质子从桥的一侧转移到另一个手段的超级快速切换,该底座在其原始形式和略有不同的形状之间不断变化。这些中间形式可能在DNA复制过程中引起不匹配,当链被打开,读取和复制时。目的是防止质子防止隧穿,我们的生物学温暖可能是热活化的来源另一边。实际上,通过量子隧穿的质子转移是经典物理学预测的可能性的四倍。这些发生不仅是常见的,而且还很长。基于以前的计算研究,研究人员预测,这些分子变化应足够稳定以复制 – 导致突变。

这项工作有两个主要局限性。首先,研究人员没有研究A:T碱基对,指出对于这些键,中间状态非常不稳定,并且在DNA突变中发挥作用的可能性不佳。其次,这项理论工作将受益于实验测试,以验证或挑战结果。

量子的量子?

根据团队的计算,要点在我们的DNA中应比它们更频繁地出现。研究人员将这种差异归因于“高效的DNA修复机制”,这些差异发现并消除了损害。例如,我们的DNA复制机械包括“校对”能力,其中检测和纠正错误 – 有点像错字。研究人员写道,感谢生物副本编辑的生物副本编辑。质子隧道的易用性和这些中间状态的寿命甚至可能与对生命起源的研究有关,因为早期进化的速度与单个单一进化率有关滞留的RNA。因此,尽管量子世界似乎很奇怪和遥远,但它可能在赋予我们生命并将其带走的过程中发挥了作用。

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