Учени са установили, че квантовите процеси играят роля при възникването на спонтанни мутации в процеса на дублиране на ДНК. Протонът тунелира по водородната връзка, свързваща нишките ДНК, и при тяхното разделяне може да се окаже от грешната страна. Това от своя страна може да стане причина за мутация.
Репликацията е процес на удвояване на молекулите на ДНК, необходим за предаване на генетична информация по време на клетъчното делене. Той протича с невероятна точност, но все пак възникват грешки и понякога водят до мутации. Използвайки компютърни симулации, учени от университета в Съри (Великобритания) са установили, че грешките при репликация могат да възникват поради квантови процеси. Резултатите от тяхното изследване са публикувани в списанието Communications Physics.
ДНК се състои от четири вида азотни бази: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Основите на двете вериги на спиралата на ДНК са свързани помежду си чрез водородни връзки чрез водородни атоми. При това аденинът винаги се свързва с тимин с две връзки, а цитозинът с гуанин - с три. Изменението в тези връзки, което настъпва по време на модификацията на базите, може да доведе до комбинацията на азотна основа с различна двойка, което причинява мутации.
Макар че това събитие е предсказано още от откривателите на ДНК Джеймс Уотсън и Франсис Крик, едва сега компютърни симулации са помогнали да се определи количествено вероятността от такъв процес.
Оказва се, че модификацията на връзките на ДНК веригата е много по-разпространена, отколкото се смяташе досега. Ядрото на водородния атом се състои от един протон, който може лесно да прескочи енергийната бариера от едната страна на водородната връзка към другата. Това се дължи на добре изучен квантов процес - тунелиране, при който частица (в случая протон) преодолява потенциална бариера, но нейната обща енергия е по-малка от височината на бариерата. Такова явление, напомнящо телепортирането на обект през стена, има чисто квантова природа и е невъзможно в класическата механика.
Но локалната клетъчна среда става причина за квантово поведение на протоните. Те се активират термично и преодоляват енергийната бариера. Така протоните непрекъснато тунелират напред-назад по водородните връзки между нишките на ДНК. При разделянето на нишките за копиране в процеса на репликация част от протоните може да не са от своята страна и това да доведе до грешка и несъответствие на основата в новата двойка.
По-рано биолозите смятаха, че подобни квантови процеси не могат да протичат в топлата и сложна жива клетка, а тунелирането е възможно само при ниски температури в сравнително прости системи. Квантовите ефекти в ДНК практически не са разглеждани, но сега учените са установили, че те имат голям принос в биологичните процеси.
ВИЖТЕ ОЩЕ: Градивните елементи на ДНК са открити в метеорити
