Будь ласка,
Увійти
або
Реєстрація
щоб переглянути вміст URL-адреси!
ДНК приобретает свою знаменитую форму двойной спирали от молекул, называемых основаниями, которые соединяются посредством водородных связей. Эти основания, обозначаемые буквами A, C, T и G, обычно следуют строгим правилам о том, как они соединяются — связи A с T, а связи C с G. Но иногда эти водородные связи могут быть изменены, то есть основания могут образовывать пары с «неправильным» партнером. Это вызывает точечные мутации в ДНК, которые в основном безвредны, но иногда могут приводить к генетическим нарушениям.
В новом исследовании ученые из Суррея обнаружили, что некоторые из этих модификаций могут происходить в результате странного явления квантовой физики, известного как квантовое туннелирование. Для нас, живущих в мире классической физики, это звучит как научная фантастика, но иногда частицы могут спонтанно туннелировать через барьеры, для преодоления которых у них не должно хватить энергии.
Что такое квантовое туннелирование
Думайте об этом как о мяче, находящемся в долине. Классическая физика говорит, что для того, чтобы перебросить этот мяч на другую сторону холма, требуется определенное количество энергии, чтобы подтолкнуть его вверх и над холмом. Но квантовая физика может позволить этому шару (т. е. частице) внезапно «туннелировать» через холм по собственной воле и почти мгновенно появиться на другой стороне. Опять же, это звучит невероятно, но квантовое туннелирование — это хорошо задокументированное явление, которое происходит в ряде сценариев, таких как ядерный синтез.
В случае с мутациями ДНК команда говорит, что частицы, осуществляющие туннелирование, представляют собой протоны внутри атомов водорода, которые могут перепрыгивать с одной стороны связи на другую. Если им случится сделать это непосредственно перед тем, как две нити ДНК будут расщеплены в процессе репликации клеток, протоны могут застрять не на той стороне, что приведет к несоответствию ДНК и потенциальной мутации.
Идея о том, что это может произойти при мутации ДНК, впервые была высказана несколько десятилетий назад, но с тех пор этот механизм в значительной степени игнорировался. Это потому, что биологическая среда долгое время считалась слишком теплой и сложной для квантового туннелирования.
Но в новом исследовании команда обнаружила, что это не только происходит в биосреде, но само по себе биогенное тепло фактически активирует протоны для совершения прыжка. Команда использовала процесс, называемый открытыми квантовыми системами, для моделирования динамики процесса и показала, что эти протоны прыгают туда-сюда чаще, чем считалось ранее. Это говорит о том, что перенос протона в результате квантового туннелирования играет более важную роль в генетических мутациях, чем принято считать.
«Биологи обычно ожидают, что туннелирование будет играть значительную роль только при низких температурах и в относительно простых системах», — пояснил доктор Марко Сакки, соавтор исследования. «Поэтому они склонны не учитывать квантовые эффекты в ДНК. Мы считаем, что в нашем исследовании мы доказали, что эти предположения неверны».
Команда говорит, что если модель окажется верной, она может оказать широкое влияние на существующие модели генетических мутаций.
Будь ласка,
Увійти
або
Реєстрація
щоб переглянути вміст URL-адреси!
.
