SLOBODA JE ODGOVORNOST

17/11/2022

SLOBODA JE ODGOVORNOST

SPONTANO MUTIRANJE DNK U REŽIJI ČUDNIH PRAVILA KVANTNOG SVIJETA

Molekule života, DNK, repliciraju se sa zapanjujućom preciznošću, ali ovaj proces nije imun na pogreške i može dovesti do mutacija. Koristeći sofisticirano računalno modeliranje, tim fizičara i kemičara sa Sveučilišta Surrey pokazao je da takve pogreške u kopiranju mogu nastati zbog čudnih pravila kvantnog svijeta.


Dva lanca poznate dvostruke spirale DNK međusobno su povezana subatomskim česticama zvanim protoni – jezgre atoma vodika – koje osiguravaju ljepilo koje povezuje molekule zvane baze. Ove takozvane vodikove veze su poput prečki upletenih ljestava koje čine strukturu dvostruke spirale koju su 1952. otkrili James Watson i Francis Crick na temelju rada Rosalind Franklin i Mauricea Wilkinsa.

Obično ove baze DNK (nazvane A, C, T i G) slijede stroga pravila o tome kako se međusobno vežu: A se uvijek veže za T, a C uvijek za G. Ovo striktno uparivanje određeno je oblikom molekula, uklapajući ih zajedno kao komada u ubodnoj pili, ali ako se priroda vodikovih veza neznatno promijeni, to može uzrokovati kvar pravila uparivanja, što dovodi do povezivanja pogrešnih baza i stoga mutacije. Iako su predvidjeli Crick i Watson, tek je sada sofisticirano računsko modeliranje uspjelo točno kvantificirati proces.

Tim, dio Surreyjevog istraživačkog programa u uzbudljivom novom području kvantne biologije, pokazao je da je ova modifikacija veza između lanaca DNK daleko rasprostranjenija nego što se do sada mislilo. Protoni mogu lako skočiti sa svog uobičajenog mjesta s jedne strane energetske barijere i sletjeti s druge strane. Ako se to dogodi neposredno prije nego što se dva lanca raskopčaju u prvom koraku procesa kopiranja, tada pogreška može proći kroz stroj za replikaciju u stanici, što dovodi do onoga što se naziva nepodudarnost DNK i, potencijalno, mutacija.

U članku objavljenom ovog tjedna u časopisu Communications Physics, tim iz Surreya sa sjedištem u Leverhulmeovom Centru za doktorsku obuku kvantne biologije koristio je pristup nazvan otvoreni kvantni sustavi kako bi odredio fizičke mehanizme koji bi mogli uzrokovati da protoni skaču između lanaca DNK. No, što je najintrigantnije, uspjeli su prijeći zahvaljujući dobro poznatom, ali gotovo čarobnom kvantnom mehanizmu zvanom tuneliranje – slično fantomu koji prolazi kroz čvrsti zid.

Prije se smatralo da se takvo kvantno ponašanje ne može dogoditi u toplom, vlažnom i složenom okruženju žive stanice. Međutim, austrijski fizičar Erwin Schrödinger je sugerirao u svojoj knjizi iz 1944. “Što je život?” da kvantna mehanika može igrati ulogu u živim sustavima budući da se ponašaju prilično drugačije od nežive materije. Čini se da ovaj najnoviji rad potvrđuje Schrödingerovu teoriju.

U svojoj studiji autori utvrđuju da lokalno stanično okruženje uzrokuje da se protoni, koji se ponašaju poput raširenih valova, toplinski aktiviraju i potiču kroz energetsku barijeru. U stvari, otkriveno je da protoni kontinuirano i vrlo brzo tuneliraju naprijed-natrag između dva lanca. Zatim, kada se DNK cijepa u svoje odvojene niti, neki od protona su uhvaćeni na pogrešnoj strani, što dovodi do pogreške.

Dr. Louie Slocombe, koji je izvršio ove izračune tijekom svog doktorata, objašnjava da: “Protoni u DNK mogu tunelirati duž vodikovih veza u DNK i modificirati baze koje kodiraju genetske informacije. Modificirane baze nazivaju se “tautomeri ” i može preživjeti procese cijepanja i replikacije DNK, uzrokujući “transkripcijske pogreške” ili mutacije.”


Rad dr. Slocombea u Centru za doktorsku obuku kvantne biologije u Leverhulmeu u Surreyu nadzirali su prof. Jim Al-Khalili (fizika, Surrey) i dr. Marco Sacchi (kemija, Surrey).

Profesor Al-Khalili komentira: “Watson i Crick su nagađali o postojanju i važnosti kvantnih mehaničkih učinaka u DNK prije više od 50 godina, međutim, mehanizam je uglavnom zanemaren.”

Dr. Sacchi nastavlja: “Biolozi bi obično očekivali da će tuneliranje igrati značajnu ulogu samo pri niskim temperaturama i u relativno jednostavnim sustavima. Stoga su bili skloni poništiti kvantne učinke u DNK. S našom studijom vjerujemo da smo dokazali da ove pretpostavke rade – ne držati.”

Izvor: ScientistStudy

Referenca: 

Pristup otvorenih kvantnih sustava tuneliranju protona u DNK, Communications Physics (2022). DOI: 10.1038/s42005-022-00881-8

Prijašnja objava

GASLIGHTING

Slijedeća objava

PLANOVI ZA RUDARENJE U SVEMIRU

Možda će Vas interesirati i ovo:

KARIZMATIČNE ŽENE PRIVLAČE LJUBAV

Sigurno ste bar jednom u životu upoznali šarmantnu i karizmatičnu ženu koja razvedri cijelu prostoriju. To su hrabre i ispunjene žene koje posjeduju moć osvajanja, zavođenja, ljubavi, napredovanja i pobjeđivanja – njihova karizma utječe na ljude […]

300 MILIJUNA NASTANJIVIH PLANETA UNUTAR MLIJEČNOG PUTA

Unutar Mliječne staze NASA je otkrila 300 milijuna nastanjivih planeta s tekućom vodom. Potraga za planetom sličnom Zemlji, potencijalno prihvatljivim za život, ima jedinstveno mjesto u području istraživanja svemira. Naš matični planet oduvijek se razlikovao od […]