量子力学解释DNA自发变异吗?

著名的两股DNA双螺旋结构相连的亚原子粒子称为质子—— 氢原子的原子核——提供债券被称为基地分子的黏合剂。这些所谓的氢键的阶梯就像一个扭曲的梯子,双螺旋结构1952年由詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现基于罗莎琳德·富兰克林和莫里斯·威尔金斯的作品。

通常情况下,这些DNA碱基(称为A、C、T和G)遵循严格的规定他们是如何一起债券:债券总T和C总是G .这种严格配对是由分子的形状,拟合在一起像一幅拼图,但是如果氢键的性质略有变化,这可能会导致配对规则分解,导致错误的基地有关,因此突变。虽然沃森克里克和预测的,只有现在,复杂的计算模型能够准确量化的过程。

团队,萨里郡的部分研究项目在量子生物学的令人兴奋的新领域,已经表明,这一修改在DNA链之间的债券比迄今为止被认为更为普遍。质子可以很容易地从他们网站一侧能量势垒的土地在另一边。如果发生这种情况就在两条链中解压缩复制过程的第一步,那么错误可以通过细胞的复制机制,导致所谓的DNA不匹配,可能突变。

在《华尔街日报》本周发表的一篇论文自然通信物理,萨里团队位于莱弗休姆量子生物学博士训练中心使用开放量子系统的方法来确定的物理机制,可能导致DNA链之间的质子跳过。但是,最有趣的是,这是由于众所周知的,但几乎神奇量子机制称为隧道——类似于一个幽灵穿过一个坚实的墙,他们设法得到。

此前认为这种量子行为可能不会发生在一个活细胞的温暖,潮湿和复杂的环境。然而,奥地利物理学家薛定谔曾建议在他1944年的著作《生命是什么?量子力学可以在生命系统中发挥作用,因为他们的行为,而不同于无生命的物质。这一最新的工作似乎证实薛定谔的理论。

在他们的研究中,作者决定,当地的细胞环境导致质子,像海浪,是热激活,并鼓励通过能量势垒。事实上,质子不断发现和快速两线隧道之间来回。然后,当DNA裂解成单独的链,一些质子被错误的一面,导致一个错误。

路易Slocombe博士执行这些计算在他的博士解释说:“DNA的质子可以沿着氢键隧道在DNA和修改编码遗传信息的基地。修改后的基地被称为“互变异构体”和可以DNA分裂和复制过程,导致“转录错误”或突变。”

Slocombe博士的工作在萨里郡的莱弗休姆量子生物学博士训练中心是由吉姆并且愿意采纳这位教授(物理、萨里)和马可·萨基(化学、萨里)和博士发表在物理通信。

并且愿意采纳这位教授的评论:

“沃森和克里克推测量子力学效应的存在和重要性在DNA超过50年前,然而,该机制在很大程度上被忽视。”

萨基博士继续说道:“生物学家通常期望隧道只扮演了一个重要的角色在低温和相对简单的系统。因此,他们倾向于在DNA折扣量子效应。我们的研究,我们相信我们已经证明这些假设不成立。”

参考:并且愿意采纳这位Slocombe L, M萨基,j .开放量子系统质子隧道在DNA的方法。Nat审稿期刊。2022;5 (1):109。doi:10.1038 / s42005 - 022 - 00881 - 8。

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