Квантовое туннелирование вызвало мутации в ДНК
Междисциплинарная команда из биолога, химика и физика изучила влияние эффектов квантового туннелирования на появление мутаций в паре «Г - Ц» молекулы ДНК. Они усовершенствовали теоретический подход к описанию таутомеризации пары, приняв во внимание квантовый характер не только самой реакции, но и взаимодействия системы с окружением, в частности, диссипации и декогеренции. В результате авторы выяснили, что старые модели на четыре порядка недооценивали вероятность возникновения мутации в ДНК. Исследование опубликовано в Communications Physics.
Двойная спираль ДНК построена таким образом, чтобы случайно заменить один нуклеотид на другой было практически невозможно. Пары «аденин - тимин» («А - Т») и «гуанин - цитозин» («Г - Ц») одинаковы по размеру, и если на одной цепи окажется неподходящее азотистое основание, пара нуклеотидов получится слишком большой или слишком маленькой - и ее быстро заметят и заменят белки системы репарации. Тем не менее, мутации в ДНК регулярно происходят, и механизмы этого процесса до сих пор не вполне понятны.
Один из них предложили еще Уотсон и Крик в своей статье 1953 года - той самой, в которой они впервые описали модель двойной спирали. Они рассуждали так. Две цепи ДНК держатся друг за друга с помощью водородных связей - атомы водорода на одном нуклеотиде с частичным положительным зарядом притягиваются к атомам кислорода или азота на другом нуклеотиде с частичным отрицательным зарядом. И можно себе представить, что атом водорода «перепрыгнет» на другую сторону связи, с одного нуклеотида на другой. Получится необычный нуклеотид с лишним водородом. А если так сделают два водорода сразу, в противоположных направлениях, то получится таутомерный нуклеотид - с тем же набором атомов, что и раньше, но один из водородов окажется не на своем месте.
Дальше, перед делением клетки, фермент ДНК-полимераза копирует ДНК: разделяет цепи и к каждой достраивает пару. И можно себе представить, что к таутомерному нуклеотиду полимераза подберет необычную пару. И вместо «Г - Ц», например, получится «Г* - Т». А в следующем раунде деления полимераза снова будет достраивать пары к нуклеотидам, и напротив Т окажется А. Так, предполагали Уотсон и Крик, могут появляться мутации.
О том, работает ли этот механизм в реальных клетках, биохимики спорят до сих пор. Одни утверждают, что это маловероятное событие, поскольку время жизни таутомерных нуклеотидов меньше, чем цикл работы ДНК-полимеразы. А значит, скорее всего, к тому моменту, когда она будет подбирать пару к конкретному нуклеотиду, его водороды уже успеют вернуться в исходное положение. Другие, наоборот, подсчитывают, что таутомерные формы могут быть очень стабильны. К тому же, некоторые ученые уже заставали ДНК-полимеразу за присоединением А к Ц, причем, судя по форме неканоничной пары, один из ее участников был таутомеризован.
Биолог Луи Слокомб (Louie Slocombe), химик Марко Сакки (Marco Sacchi) и физик Джим Аль-Халили (Jim Al-Khalili) из Университета Суррея объединили свои усилия, чтобы понять, как происходит обмен протонами с точки зрения квантовой физики. В отличие от своих предшественников, они наделили квантовыми свойствами не только сами протоны, но и связь между ними и окружением, применив подход, используемый в физике открытых систем. Ученые показали, что в таком подходе время жизни таутомерных пар вообще не имеет значение, поскольку оно слишком мало, и из-за квантовых процессов двойной перенос протонов происходит постоянно и повсеместно. Их расчеты показали, что вероятность встретить нуклеотидные пары в таутомерном состоянии существенно выше, чем считалось ранее, и этот факт может иметь далеко идущие последствия для понимания механизма генетических мутаций.
Химические реакции обычно сопровождаются перестройкой и перемещением нескольких атомов внутри и между молекулами. Тем не менее этот процесс можно параметризовать всего одной переменной, которую называют координатой реакции. Если построить зависимость потенциальной энергии всей системы от этой координаты, то можно увидеть барьер, разделяющий состояния с исходными веществами и продуктами реакции. В классическом подходе реагенты не могут преодолеть этот барьер без энергии, подводимой извне в виде тепла. Квантовая механика же позволяет частицам туннелировать через такие барьеры. Более того, при этом возможна ситуация, когда система находится в суперпозиции начального и исходного состояний. Важную роль при этом играет взаимодействие с окружением. Оно не только активирует реакцию с помощью передачи молекулам энергии, но и вызывает диссипацию (то есть необратимую потерю энергии) и декогеренцию (то есть разрушение квантовой суперпозиции или случайное изменение ее фазы).
Чтобы аккуратно учесть все эффекты, авторы использовали подход открытых квантовых систем. В частности, они переписали уравнение Калдейры - Лэггетта применительно к функции Вигнера, включив в него помимо обычной шрёдингеровской эволюции члены, ответственные за диссипацию и декогеренцию. При этом ученые представили окружающую среду (резервуар) в виде бесконечного множества квантовых гармонических осцилляторов. Они учли ее степени свободы с помощью адаптированного Фейнманом и Верноном формализма интегралов по траекториям. Исследователям также пришлось применить к выведенному уравнению низкотемпературную модификацию, чтобы избежать ограничений, изначально присутствовавших в теории Калдейры - Лэггетта.
Решая задачу для квантовой системы, погруженной в водную среду при температуре 300 кельвин, авторы выяснили, что скорости прямой и обратной реакции двойного переноса протонов в паре «Г - Ц» равны 7,61x10^5 и 1,69x10^13 обратных секунд, соответственно. Времена жизни реагентов и продуктов реакции составили 9,11x10^-7 и 4,09x10^-14 секунд соответственно, что на пять порядков меньше, чем предсказывают классические модели. Фактически, это говорит о том, что переходы между двумя состояниями происходят очень быстро, а значит к моменту подбора пары ДНК-полимеразой система «Г - Ц» придет в термодинамическое равновесие.
Проинтегрировав предельную функцию Вигнера по соответствующему объему фазового пространства, ученые расчитали, что вероятность встретить пару «Г - Ц» в таутомерном состоянии при температуре 300 кельвин составляет примерно 0,17 процентов, что на четыре порядка больше классического значения. Другими словами, перенос протонов вполне может играть гораздо более важную роль в мутации ДНК, чем предполагалось до сих пор. Такая колоссальная разница заставит биологов по новому взглянуть на роль механизма мутаций, предложенного Уотсоном и Криком.
Физики проверили устойчивость эффекта к различным модификациям условий. Так, оказалось, что туннельная поправка остается существенной, даже если высота реакционного барьера вырастет в полтора раза. Кроме того, температурная зависимость туннельного эффекта оказалась чувствительной к изотопным изменениям, а именно к замене водорода на дейтерий. Это значит, что эффект можно проверить экспериментально, если сравнивать скорости реакций с участием разных изотопов при низких температурах, когда туннелирование остается единственным механизмом их протекания. Отличительным признаком эффекта при этом станет независимость отношения скоростей реакций от температуры.
Источник
Последние аномальные новости

Воду Ноя обнаружили в Кольской сверхглубокой скважине

Имитация жизни на Марсе

Инопланетяне всегда были на Земле

Казненных ведьм оправдали в Коннектикуте

Как лучше всего избавиться от криптозоологического существа

Когда-то в озере Лох-Несс жило еще одно чудовище

Могут ли бигфуты быть хорошими пловцами

Морские монстры с человеческими руками

НЛО над Коннектикутом. Круги и огненные шары

НЛО над крупной базой морской пехоты США

Око Сахары - Атлантида. Есть ли достаточные доказательства

Опасные монстры в шотландских озерах

Открывается туристический центр лохнесского чудовища

Пилот заметил НЛО, наблюдая за звездами

По меньшей мере 119 НЛО потерпели крушение на Земле

Программы анализа материалов и обратного проектирования НЛО

Странные случаи пойманных морских и озерных чудовищ

Существует ли древняя подземная цивилизация

Тайна мумии человека-крысы

Троуп среди 46 городов Техаса, в которых видели НЛО

Rusrepa.com - сайт отзывов о бизнесе и компаниях

Otzovichka.ru - преимущества заработка на сайте отзывов

АФИН - что за Академия финансовых инвестиций. Отзывы о afin.online

Афганский пророк-математик рассказал о будущем

Владелец ранчо Скинуокеров поделился историей об НЛО

Глаза статуй Древнего Египта - дар или что-то другое

Жуткий город-призрак тайно купили за $22 млн

ИИ-фейки наводнили интернет перед выборами в США

Информационная карточка о НЛО министерства обороны США

Использование ChatGPT в классе финансовых технологий

Как высоко бы ты прыгал на других планетах

Каталогизируют все известные трехзвездные системы с планетами

Корпорация Microsoft призвала создать агентства для регулирования ИИ

Мощность ИИ возрастет в 100 тыс. раз за 10 лет

Мрачный Жнец реален и бродит по Великобритании

Объявлены хедлайнеры фестиваля НЛО в Розуэлле

Очевидцы могут сообщить о НЛО через приложение Enigma

Первое свидетельство редкого распада бозона Хиггса

Потенциально опасный астероид скоро сблизится с Землей

Пристальный взгляд на треугольный НЛО Мохаве

Странная система может содержать звезду из темной материи

Черные проекты Вашингтона вокруг НЛО

Экзорцисты могут ненамеренно помогать дьяволу

Брокер Squire’s Finance Limited, отзывы о squiresfinanceltd.com

Гемблинг копирайтер - написание текстов по гэмблинг тематике

Богатые железом породы открывают понимание истории Земли

Внезапно скончался известный конспиролог

Загадки, вдохновившие на создание Индианы Джонса

ИИ может быть использован для убийства людей

Ионизация, вызванная давлением, на планетах-гигантах

Ключевая планетарная система для понимания механизма образования загадочных суперземель

Компания Neuralink получила разрешение на вживление чипов людям

Лечение-плацебо вернуло зрение слепой женщине

Мальчик считает себя реинкарнацией модельера Гуччи

Метеоритные частицы могли способствовать возникновению жизни

Наблюдения необъяснимых явлений в Шеффилде

НЛО заметили в Стаффордшире

Новое представление о быстрых радиовсплесках

Новые методы проверить общую теорию относительности

Новый способ расширить зону поиска обитаемых экзопланет

Обнаружена новая экзопланета супер-Нептун

Роль метеоритного железа в возникновении жизни на Земле

Спинной мозг подключили к головному и вернули человеку подвижность

Ученым пора бы уже исследовать НЛО

Эксперты анализируют кадры с НЛО над военной базой

Создание сайта с высокой конверсией. Рекомендации и советы

Как найти официальный сайт UGG

Волшебная технология может провести сеанс с умершими

Два летчика-истребителя пытались сбить НЛО

Дискообразный НЛО пролетел над Калифорнией

Загадочные перемещения в другую реальность

Зародыш сверхмассивной черной дыры заметили рядом с Землей

Зафиксировали смоделированный сигнал инопланетян

ИИ может уничтожить поисковые системы

ИИ создали для ведения войн

Интервью с автором книги 'НЛО - реальная история'

Каменный шквал сметал все на своем пути

Летающие тарелки над столицей

НЛО - Близкий контакт. Правдивая история Кэлвина Паркера

НЛО преследовал пассажирский самолет

Огни Денби - правдивый аргумент в пользу существования НЛО

Пришельцы на Земле уже давно

Пророчество Мессинга о судьбе России

Прорыв в области квантовой материи

Устройство в стиле Звездного пути собирает энергию из воздуха

Юпитерианские молнии оказались медленнее земных

Ясновидящий Кейси предсказал объединение России и Китая

Сбербанк расчетный счет для ИП. Тарифы и условия открытия

Астроном успокоил повальное увлечение НЛО в Китае

Документальные фильмы об инопланетянах и НЛО

Жизнь на Земле быстро стала независимой от молнии

ИИ уже используется в правовой системе

Инженеры сделали полностью мягкий электродвигатель

Инопланетяне не настолько развиты, мы одни во Вселенной

Использование ИИ в мире финансов

Как узнать атмосферу далеких лавовых миров

Квантовую информацию передали на десятки километров

Мальчик в Nike замечен на картине 400-летней давности

Метеорит взорвался над Австралией

Начинается эксперимент по поиску темной материи

НЛО вызвал срыв рейсов в тайваньском аэропорту

Обнаружили полярный циклон на Уране

Отсутствие симметрии может объяснить наше существование

Подземная лаборатория содержит ключ к обитаемости Марса

Создана эластичная электронная кожа

США пока не нашли доказательств внеземной жизни

Черный треугольный НЛО завис над военной базой в Калифорнии

Эмоциональные роботы займут миллионы рабочих мест

Автомобиль инопланетян заметили над Йоркширом

Встречи с волосатыми мини-существами

Древний северный океан существовал на Марсе

Женщина год прожила в плену у бигфута и родила

Жителей Манитобы пригласили посетить место встречи с НЛО

Загадка потрясающего изменения цвета Юпитера

Испытан прибор для измерения гравитации на астероидах

Исследуют внутреннее пылевое кольцо молодой звезды

Как ИИ изменит мир к 2030 году

Команда ученых смоделирует сообщение от внеземного разума

Мечты о коммерческой космической станции

НЛО замечен на картине возрастом 1000 лет

Первый контакт с инопланетянами займет недели или месяцы

Робот с искусственным интеллектом уже работает охранником

Телескоп нового поколения хотят построить в Аресибо

Ужасная рыба, органы которой торчат изо рта

Ученые считают НЛО достойным академического изучения

Ученый разгадал тайну Бермудского треугольника

Хищный динозавр из джунглей Конго

Что скрывают в закрытых архивах Ватикана

Атака НЛО на базу ВВС напугала охранников

Внеземная история Орегона

Загадочного исчезновения пилота ВВС США

Загадочный шар навестил хозяина дома

Замечен НЛО, летящий зигзагами по небу

Инопланетный корабль замечен в небе над Розуэллом

Корабли инопланетян замечены над Луной

Крохотные сферы на местах крушений НЛО

Место крушения НЛО в Розуэлле

Напуганный прохожий говорит, что НЛО нырнул в море

НАСА проводит публичную встречу по НЛО

НЛО выглядело как машина из Рыцаря дорог

Привидение сняли на руинах монастыря Росс

Призрачная фигура замечена у берегов Великобритании

Самое убедительное наблюдение Лох-Несского чудовища

США обратно перепроектируют сбитые НЛО

Тайна странных огней в небе Сакраменто

Убедительные свидетельства о встречах с НЛО

Уфолог утверждает, что мы не одиноки

Уфологический фестиваль прошел в Макминнвилле

TexTovich.com - тексты, статьи и новости для сайтов

Биржа Postimus.com - продвижение сайта с помощью статей и SEO-ссылок

Chat GPT на русском - генерируй тексты с chatgptmarket.ru

Беттинг копирайтер - написание текстов по Бэттинг тематике

Бывший пилот был ошеломлен, заметив над головой НЛО

Военный самолет преследовал НЛО над Халлом

Демистификация вихревых колец в ядерном синтезе

Десятки рейсов отменили из-за НЛО в Газиантепе

Добились искривления пространства-времени на квантовом симуляторе

Дождь из белых личинок порошел в Индии

Жирные кислоты могут существовать в космосе

Жители против строительства турцентра в сакральном месте

Загадочные светящиеся объекты сняли над Техасом

Западный Техас облюбовали инопланетяне

ИИ катализирует исследования активации генов и ДНК

ИИ может рассматривать людей как подонков, которых нужно контролировать

Инопланетные кошки бродят по сельской местности Великобритании

Инопланетяне вторгаются в Макминнвилль

Истории о Вендиго, описанные торговцем мехом

Каковы причины странных наблюдений в небе Сассекса

Министерство обороны США проводит оценку неопознанных явлений

На Энцеладе заметили гейзер рекордной силы

НЛО шпионят за Бельгией

Одержимая подпрыгнула в воздух, шипя, как кошка

Один параллельный мир не может сильно отличаться от другого

Озеро шайтана, йети и осколки НЛО

Потусторонние места Великобритании

Проект Синяя книга. Встреча с НЛО Чайлза и Уиттеда

Рентгеновский взгляд на сердце мощных квазаров

Сообщения Трэвиса Тейлора и его усилия по исследованию НЛО

Таинственные стены в пространстве и искажение времени

То, что говорят о загробном мире - правда

Треугольный НЛО сняли в Испании

Увидев НЛО в Глазго, я вдохновился на песню для Евровидения

Астероид врежется в Землю в течение 1000 лет

Астрономам нужна ваша помощь в охоте на астероиды

Вот как выглядят идеальные мужчина и женщина

Инопланетянина сняла полицейская камера

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика