Surfing på kvantebølger:Proteinfoldning revideret

To fysikere fra University of Luxembourg har nu utvetydigt vist, at kvantemekaniske bølgelignende interaktioner faktisk er afgørende selv i omfanget af naturlige biologiske processer.

Kvantbølgelignende adfærd spiller en central rolle i moderne videnskab og teknologi, med anvendelser af kvantemekanik lige fra lasere og højhastighedsfiberkommunikation, til kvantecomputere og fotosyntese i planter. Et naturligt spørgsmål er, om kvantebølgefænomener også kunne være relevante for strukturdannelse og dynamiske processer i biologiske systemer i levende celler. Dette spørgsmål er ikke blevet behandlet overbevisende indtil nu på grund af manglen på effektive kvantemetoder, der kan anvendes på systemer så store som hele proteiner under fysiologiske forhold (dvs. opløst i vand og ved stuetemperatur).

Skriver nu ind Videnskab fremskridt , Professor Alexandre Tkatchenko og forsker Martin Stöhr fra Institut for Fysik og Materialevidenskab ved Luxembourgs universitet har for første gang undersøgt foldningsprocessen af ​​proteiner i vand ved hjælp af en fuldt kvantemekanisk behandling. Proteinfoldning er den fysiske proces, ved hvilken en kæde af aminosyrer erhverver sin oprindelige biologisk funktionelle struktur på grund af interaktioner mellem aminosyrer og påvirkning af omgivende vand. Et helt nyt fund i denne undersøgelse er, at interaktionen mellem proteinet og det omgivende vand skal beskrives ved kvantemekanisk bølgelignende adfærd, hvilket også viser sig at være kritisk i dynamikken i proteinfoldningsprocessen.

"Vedholdenheden af ​​kvantebølgelignende adfærd i biomolekylære systemer åbner et nyt paradigme for at forklare nogle af de grundlæggende processer i biologi, "siger Martin Stöhr, undersøgelsens første forfatter. En korrekt mikroskopisk forståelse af biologiske processer er nøglen til specifikt at målrette funktionen og dysfunktionen i celler som ønsket i moderne medicin, for eksempel.

"Fortsæt, vi forudser en vigtig rolle for kvanteinteraktioner for det biomolekylære maskiner lige fra proteinsamling til enzymernes funktion, "forklarer prof. Alexandre Tkatchenko, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

Som en del af forskellige nationale og internationale samarbejder, resultaterne af denne undersøgelse har allerede motiveret yderligere omfattende undersøgelser af, hvordan kvanteeffekter kan forme en række biologiske fænomener.