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
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Меню
Архив материалов
Проекты наших читателей
Контакты исследователей
Подписка на новости
Проекты
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Новости
26.02.2002 - 05.07.2002
05.08.2002 - 23.10.2002 (562)
24.10.2002 - 17.01.2003 (585)
20.01.2003 - 07.04.2003 (709)
08.04.2003 - 01.08.2003 (709)
04.08.2003 - 18.11.2003 (763)
19.11.2003 - 31.03.2004 (721)
01.04.2004 - 13.08.2004 (825)
16.08.2004 - 22.11.2004 (782)
23.11.2004 - 28.03.2005 (756)
29.03.2005 - 29.07.2005 (807)
30.08.2005 - 02.12.2005 (927)
05.12.2005 - 21.04.2006 (912)
24.04.2006 - 23.10.2006 (999)
24.10.2006 - 03.05.2007 (999)
04.05.2007 - 28.01.2008 (999)
29.01.2008 - 12.01.2009 (999)
13.01.2009 - 07.07.2009 (966)
22.08.2009 - 21.01.2010 (996)
22.01.2010 - 22.06.2010 (1000)
23.06.2010 - 14.01.2011 (1042)
17.01.2011 - 31.05.2011 (1008)
01.06.2011 - 03.11.2011 (1003)
07.11.2011 - 16.03.2012 (996)
19.03.2012 - 09.06.2012 (1009)
13.06.2012 - 07.09.2012 (988)
10.09.2012 - 19.11.2012 (1004)
20.11.2012 - 14.01.2013 (1015)
15.01.2013 - 22.02.2013 (1000)
23.02.2013 - 08.04.2013 (991)
09.04.2013 - 31.05.2013 (1015)
01.06.2013 - 18.07.2013 (992)
19.07.2013 - 03.09.2013 (1014)
04.09.2013 - 20.10.2013 (1001)
21.10.2013 - 02.12.2013 (1001)
03.12.2013 - 18.01.2014 (997)
19.01.2014 - 07.03.2014 (994)
08.03.2014 - 24.04.2014 (1000)
25.04.2014 - 18.06.2014 (1005)
19.06.2014 - 15.08.2014 (1019)
16.08.2014 - 07.10.2014 (1006)
08.10.2014 - 16.11.2014 (995)
17.11.2014 - 25.12.2014 (1004)
26.12.2014 - 09.02.2015 (989)
10.02.2015 - 20.03.2015 (998)
21.03.2015 - 22.04.2015 (1001)
23.04.2015 - 29.05.2015 (997)
29.05.2015 - 30.06.2015 (995)
30.06.2015 - 29.07.2015 (990)
29.07.2015 - 26.08.2015 (998)
27.08.2015 - 24.09.2015 (988)
25.09.2015 - 22.10.2015 (991)
23.10.2015 - 18.11.2015 (1000)
18.11.2015 - 16.12.2015 (990)
17.12.2015 - 23.01.2016 (1000)
24.01.2016 - 25.02.2016 (1000)
26.02.2016 - 24.03.2016 (1000)
24.03.2016 - 16.04.2016 (990)
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - 26.07.2021 (980)
27.07.2021 - 31.08.2021 (990)
01.09.2021 - 07.10.2021 (1000)
08.09.2021 - 07.11.2021 (1000)
08.11.2021 - 10.12.2021 (1000)
11.12.2021 - 24.01.2022 (990)
25.01.2022 - 04.03.2022 (1000)
05.03.2022 - 10.04.2022 (990)
11.04.2022 - 17.05.2022 (1000)
18.05.2022 - 23.06.2022 (980)
24.06.2022 - 31.07.2022 (990)
01.08.2022 - 13.09.2022 (990)
14.09.2022 - 21.10.2022 (990)
22.10.2022 - 29.11.2022 (1000)
30.11.2022 - 22.01.2023 (1000)
23.01.2023 - 02.03.2023 (990)
03.03.2023 - 21.04.2023 (1000)
22.04.2023 - 13.06.2023 (990)
14.06.2023 - 02.08.2023 (1000)
03.08.2023 - 21.09.2023 (1000)
22.09.2023 - 06.11.2023 (990)
07.11.2023 - 24.12.2023 (990)
25.12.2023 - 18.02.2024 (1000)
19.02.2024 - 05.04.2024 (990)
06.04.2024 - 25.05.2024 (1000)
26.05.2024 - 26.07.2024 (1000)
26.07.2024 - 25.08.2024 (990)
26.08.2024 - 28.09.2024 (980)
29.09.2024 - 01.11.2024 (1000)
02.11.2024 - 02.12.2024 (980)
03.12.2024 - 08.01.2025 (990)
09.01.2025 - 09.02.2025 (1000)
10.02.2025 - 20.03.2025 (1000)
21.03.2025 - 03.05.2025 (990)
04.05.2025 - ...
Статьи
Статьи: раздел 1 (1024)
Статьи: раздел 2 (1006)
Статьи: раздел 3 (1000)
Статьи: раздел 4 (1044)
Статьи: раздел 5 (1001)
Статьи: раздел 6 (1000)
Статьи: раздел 7 (1000)
Статьи: раздел 8 (1013)
Статьи: раздел 9 (1000)
Статьи: раздел 10 (1000)
Статьи: раздел 11 (329)
Статьи: раздел 12 (1000)
Статьи: раздел 13 (730)
Лента новостей

Более 2000 случаев наблюдений НЛО в США

Болид озарил ночное небо над Челябинском

Большое число на грани человеческих знаний

В Нью-Йорке зафиксировано 66 случаев наблюдения НЛО

Заказать место для посадки НЛО можно в Вене

Земные аэропорты видно с расстояния 200 светолет

Зловещее облако судного дня окутывает Мэриленд

Инопланетяне могут засечь работу наших радаров

Кости Иисуса спрятаны в тайных хранилищах США

Люди с высоким IQ оказались менее нравственными

Мир наполнен шумами

НЛО, инопланетяне и президенты США

Полеты НЛО над авиабазой Райт-Паттерсон

Полеты НЛО над ядерным объектом в Техасе

Путешествия во времени без парадоксов возможны

Пчелу превратили в киборга

Созданные ИИ вирусы научились обходить защиту ПК

Умение предсказывать будущее связали с IQ

Череп единорога нашли у замка короля Артура

Энтузиаст разработал интерфейс мозг-компьютер

Аэропорты могут помочь инопланетянам обнаружить Землю

ВМФ США утратил 500 страниц информации о НЛО

Жители Мичигана сообщили о трех десятках НЛО

ИИ Google начинает читать все ваши сообщения

Как менялась погода на Венере за 10 лет

Квантовая запутанность в мозге - Сознание

Место, где слои почвы находятся в перевернутом положении

Научно-фантастическом фильм - Похищение инопланетянами

Невероятные случаи похищения людей инопланетянами

Новое представление о том, как развиваются галактики

Открытие в подводном Стоунхендже переписывает историю

Охотники за метеоритами прочесывают Джорджию

Растущее число свидетельств эволюции темной энергии

Резьба, которая раскрывает секреты египетских царей

Сотрудник НАСА нарушил давнее молчание по поводу НЛО

Тайна межзвездного объекта, несущегося через нашу систему

Утраченную ветвь Древа человечества

ЦРУ неправильно обращается с файлами об НЛО

Чернобыльские собаки превратились в нечто новое

Экзопланета у тихой звезды-карлика

Вещество из галлюциногенных грибов продлило жизнь

Власти США считают, что они действительно сняли НЛО

Встреча с инопланетянами в Огайо

Вся наша галактика может находиться внутри Дыры

Доказательства существования НЛО находятся в Пентагоне

Жители Мичигана сообщили о трех десятках НЛО

Затерянный город древнейшей цивилизации Америки

ИИ неделями дурачил пользователей Spotify

ИИ создал первое в мире лекарство от рака

Инцидент в Розуэлле. Может ли он быть байкой

Крушение НЛО в Розуэлле. Мистификация

Нашли способ обратить вспять выпадение волос

НЛО летит по небу во время грозы в Мэриленде

Паскагула. Еще один свидетель

Плазма, которая может растопить законы Реальности

Подросток создал мифический луч смерти Архимеда

Современные компьютеры не подходят для мира ИИ

Сходка уфологов в районе Фолкерка

Теории о подземном городе под египетским Сфинксом

Фотографии пришельцев из Розуэлла

Вращение Земли неожиданно ускорилось

Загадочный случай с летчиком Виктором Годдардом

История гаданий и предсказаний

Конгрессвумен поделилась взглядами на ангелов

Крошечные различия между психопатами и нормалами

Легенда ЮФС делится своим выводами о встречах с НЛО

Опровергли один из величайших мифов острова Пасхи

Очевидцы что-то видят в озере Лох-Несс

Призрак мальчика из старинной кровати

Робот приготовил и посолил стейк с расстояния 1800 км

Смерть Вселенной наступит раньше

Столкновение неизвестного объекта с Сатурном

Тайны и заговоры удивительного мира Антарктиды

Технология 'мозг-компьютер' проходит клинические испытания

Удивительное открытие на острове Пасхи

Уфологи выявили места аномалий в России

Человечество неверно истолковало реальность

Черные дыры, появление которых Эйнштейн не мог предвидеть

Четыре яйца с инопланетными существами внутри

Эксперты уверены, что ИИ уничтожит человечество

Лучшие садовые качели для дачи

Лучшие инсектициды от комаров

Высокощелочной океан Энцелада влияет на поиск жизни

Где мы находимся во Вселенной

Жуткие подробности о зигзагообразных НЛО

Инопланетяне оставили череп у берегов канадского острова

Инопланетяне очень любят штат Нью-Йорк

Инопланетянин зашел на огонек

Как образуются сверхмассивные черные дыры

Как создать строительные блоки для лунной базы

Как ящерицы пережили падение астероида-убийцы

Место последнего упокоения графа Дракулы

НЛО завис над живописным устьем реки

Обнаружили клетку, о существовании которой не подозревали

Памятник древности, который может переписать историю

Светящаяся сфера повергла в шок жителей Альберты

Составили карту распределения темной материи

Споры вокруг НЛО не утихают

Странная вспышка больше года ставила астрономов в тупик

Странные случаи похищения людей инопланетянами

Хлоя Кардашьян рассказала паранормальных явлениях дома

Экзопланетологи искажают вероятность своих находок

Возможно, мы сможем увидеть первые галактики

ИИ будет чинить космический корабль

Как ИИ меняют профессию учителя

Как рассчитывают вероятность столкновения с астероидом

Как формировалась ранняя Вселенная

Криовулканизм на спутнике Плутона Хароне

Наблюдения за Несси основаны на физической реальности

Наблюдения НЛО в Иллинойсе

НЛО над Массачусетсом оказался вертолетом

Новые двигательные установки обеспечат полет к Седне

Новый способ обнаружения первичных черных дыр

Обитаемые миры распространены вокруг малых звезд

Обнаружение экзопланет - одно, а визуализация - совсем другое

Поиски признаков жизни на Марсе продолжаются

Пугающие пророчества о катастрофическом мега-цунами

Скрытая сложность сигналов из черных дыр

Статистический анализ обитаемости экзопланет

Столкнется ли астероид 2024 YR4 с Луной

Стратегии обнаружения океанов на спутниках Урана

Существование близкой экзопланеты подтвердили

Как узнать уникальность текста с помощью нейросети

Время имеет три измерения, а пространство является вторичным

Галогены и судьба лунной коры

Использование ChatGPT может привести к разрушению мозга

Как лучше понять экзотическое состояние вещества

Как менялась поверхность Марса миллиарды лет назад

Марсоход исследует породу в поисках деталей

Метеорит - распространенная аминокислота

Неожиданный минерал в зернах Рюгу

Новое представление о первых звездах

Обсерватория Вера Рубин поможет исследовать темную материю

Первый этап формирования планет после рождения звезды

Поиски сверхлегкой темной материи продолжаются

Распространял ли Пентагон ложные истории об НЛО

Расширенный обзор марсианской ионосферы

Спутники Земли в опасности, если астероид врежется в Луну

Строительство на Марсе - это шаг вперед

Таинственный шар, летящий по небу Альберты

Тайна пропавших метеоритов с Меркурия

Телескоп Джеймса Уэбба обнаружил свою первую экзопланету

У пульсаров могут быть крошечные горы

Астрономы ищут таинственную девятую планету

ВВС США опубликовали новое видео НЛО

Граф Дракула похоронен в Неаполе

ИИ может подорвать навыки критического мышления

Использование космолифта для доставки воды с Цереры

Как темные фотоны могут стать темной материей

Корабль инопланетян летит через Солнечную систему

Криптозоологи поженились на фестивале

Манчестерская одержимость НЛО

Миссури одна из горячих точек НЛО

Необъяснимые наблюдения в небе Северной Каролины

Оборотень замечен в Бридлингтоне

Переписка Пентагона с подрядчиком о НЛО

Посреди ангара стояла настоящая летающая тарелка

Природные НЛО еще более странные и загадочные

Редчайший спрайт заметили над Мексикой

У Вселенной есть кнопка самоуничтожения

Учения помогут понять и избежать конфликтов на Луне

Фотография оборотня, замеченного в лесах Великобритании

Экстраординарная находка внутри Великой пирамиды

Впервые отправили в стратосферу чипированных крыс

Есть ли в океанических мирах зоны, пригодные для жизни

Загадка пластины Эдмонтона

Заклинания, ведуны-целители и охота на ведьм

Заявили об обнаружении могилы Влада Дракулы

ИИ грозит массовыми увольнениями

Как сегодня выглядит место падения Тунгусского метеорита

Маленький шаг к планированию жизни на Марсе

Минерал, которого там не должно быть нашли на Рюгу

Новое исследование о горячих Юпитерах

Новое оружие вызывает отключение электроэнергии

Первый взгляд на экзопланету GJ 504b

План Трампа угрожает космическому превосходству США

Подсчитали количество пригодных для жизни экзопланет

Почему речь политиков при власти становится запутанной

Способность ИИ к пониманию собственных слов

Тайна исчезновения подледного океана Харона

Тайны удивительного Меркурия

Три электрона ведут себя как куча

Экзопланетные системы разнообразны

Актриса делится историей наблюдения НЛО

Величайшее затонувшее сокровище Америки

Величайшие уфологи из Аризоны

Наверх
Яндекс.Метрика