Квантовая механика может объяснить спонтанную мутацию ДНК

Молекулы жизни, ДНК, воспроизводятся с поразительной точностью, однако этот процесс не застрахован от ошибок и может привести к мутациям.

Используя сложное компьютерное моделирование, группа физиков и химиков из Университета Суррея показала, что такие ошибки при копировании могут возникать из-за странных правил квантового мира. Сообщает Sciencedaily.

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Nature Communications Physics , команда из Суррея, базирующаяся в Учебном центре докторантуры по квантовой биологии в Леверхалме, использовала подход, называемый открытыми квантовыми системами, для определения физических механизмов, которые могут заставить протоны прыгать между цепями ДНК.

Ранее считалось, что такое квантовое поведение не может происходить в теплой, влажной и сложной среде живой клетки. Однако австрийский физик Эрвин Шредингер предположил в своей книге 1944 года «Что такое жизнь?». что квантовая механика может играть роль в живых системах, поскольку они ведут себя несколько иначе, чем неживая материя. Эта последняя работа, похоже, подтверждает теорию Шрёдингера.

В своем исследовании авторы определили, что локальная клеточная среда заставляет протоны, которые ведут себя как распространяющиеся волны, термически активироваться и преодолевать энергетический барьер. На самом деле оказалось, что протоны постоянно и очень быстро туннелируют туда и обратно между двумя цепями. Затем, когда ДНК расщепляется на отдельные нити, часть протонов оказывается не на той стороне, что приводит к ошибке.

Профессор Аль-Халили комментирует:

«Уотсон и Крик размышляли о существовании и важности квантово-механических эффектов в ДНК более 50 лет назад, однако этот механизм в значительной степени игнорировался».

Доктор Сакки добавил:

«Биологи, как правило, ожидали, что туннелирование будет играть значительную роль только при низких температурах и в относительно простых системах. Поэтому они склонны не учитывать квантовые эффекты в ДНК. Мы считаем, что в нашем исследовании мы доказали, что эти предположения неверны».