โดย นิโคเลตตา ลานีส เผยแพร่เมื่อ 17 มีนาคม 2021
โปรตอนสองตัวที่แสดงเป็นสีขาวจะแสดงการเว็บสล็อตกระโดดระหว่างนิวคลีโอเบสกัวนีน (ซ้าย) และไซโตซีน (ขวา) ซึ่งก่อตัวเป็นคู่ฐานภายในเส้นดีเอ็นเอ (เครดิตภาพ: Louie Slocombe, ศูนย์ฝึกอบรมดุษฎีบัณฑิตชีววิทยาควอนตัมเลเวอร์ฮูล์ม)กลศาสตร์ควอนตัมซึ่งปกครองโลกของวัยรุ่นเล็ก ๆ อาจช่วยอธิบายว่าทําไมการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมจึงเกิดขึ้นเองในดีเอ็นเอในขณะที่มันทําสําเนาของตัวเองการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ชี้ให้เห็นว่า
กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายกฎแปลก ๆ ที่ควบคุมอะตอมและส่วนประกอบย่อยของพวกเขา
เมื่อกฎของฟิสิกส์คลาสสิกซึ่งอธิบายโลกใหญ่พังทลายควอนตัมเข้ามาเพื่ออธิบาย ในกรณีของดีเอ็นเอฟิสิกส์คลาสสิกมีคําอธิบายหนึ่งว่าทําไมการเปลี่ยนแปลงสามารถปรากฏในรุ่งเดียวของบันไดหมุนวนของดีเอ็นเอส่งผลให้สิ่งที่เรียกว่าการกลายพันธุ์จุดในการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 29 มกราคมในวารสารฟิสิกส์เคมีกายภาพเคมีนักวิจัยสํารวจคําอธิบายอื่นแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ควอนตัมที่เรียกว่าอุโมงค์โปรตอนอาจทําให้เกิดการกลายพันธุ์ของจุดโดยอนุญาตให้โปรตอนที่มีประจุบวกในดีเอ็นเอกระโดดจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในทางกลับกันสิ่งนี้สามารถเปลี่ยนสะพานไฮโดรเจนที่ผูกเกลียวคู่ทั้งสองด้านของดีเอ็นเออย่างละเอียดซึ่งอาจนําไปสู่ข้อผิดพลาดเมื่อถึงเวลาที่ดีเอ็นเอจะทําสําเนาของตัวเอง ที่เกี่ยวข้อง: พันธุศาสตร์ตามตัวเลข: 10 นิทานยั่วยวนโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเปลี่ยนแปลงที่ละเอียดอ่อนนี้อาจทําให้เกิดการพิมพ์ผิดในลําดับดีเอ็นเอซึ่ง “ตัวอักษร” ที่ไม่ถูกต้องได้รับการจับคู่เข้าด้วยกันเมื่อเส้นทําซ้ําผู้เขียนการศึกษาทราบ ตัวอักษรเหล่านี้เรียกว่าฐานมักจะจับคู่กันในทางใดทางหนึ่ง: A ถึง T และ G ถึง C แต่อุโมงค์โปรตอนอาจทําให้ฐานบางแห่งผสมและจับคู่ได้
”มีงานคํานวณค่อนข้างมากที่มองไปที่การยึดเหนี่ยวไฮโดรเจน [และ] การถ่ายโอนโปรตอนในคู่ฐานดีเอ็นเอ” Sam Hay ศาสตราจารย์ด้านเคมีการคํานวณและทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษา “เอกสารฉบับนี้ใช้การคํานวณระดับสูงเพื่อทบทวนปรากฏการณ์นี้อีกครั้ง”
อย่างไรก็ตามเนื่องจากการคํานวณที่ใช้ผู้เขียนสามารถสร้างแบบจําลองเฉพาะส่วนเล็ก ๆ ของเส้นดีเอ็นเอในระดับฐานเดียวและคู่ฐาน นั่นหมายความว่าแบบจําลองไม่รวมทั้งสองด้านของเกลียวคู่ดีเอ็นเอหรือคู่ที่ตั้งอยู่ในที่อื่นในเส้นเฮย์ตั้งข้อสังเกต โครงสร้างใกล้เคียงเหล่านี้อาจมี “ผลกระทบที่สําคัญ” ต่อวิธีการที่อุโมงค์โปรตอนแฉ, แต่แบบจําลองเส้นดีเอ็นเอทั้งหมดจะต้องมีจํานวนมากของพลังการคํานวณ, เขากล่าวว่า.คลาสสิกกับควอนตัม ตอนนี้ฟิสิกส์คลาสสิกยังให้คําอธิบายว่าทําไมโปรตอนกระโดดไปรอบ ๆ ในดีเอ็นเอ คู่ฐานดีเอ็นเอจะเข้าร่วมตรงกลางโดยพันธะไฮโดรเจน – แรงดึงดูดที่ค่อนข้างอ่อนแอระหว่างอะตอมไฮโดรเจนและโมเลกุลในฐาน พันธะเหล่านี้สามารถแตกหักได้ด้วยความร้อนเพราะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นโมเลกุลจะสั่นสะเทือนและกระตุกอย่างรุนแรงทําให้อะตอมไฮโดรเจนโผล่ออกมาจากสถานที่
”คุณสามารถนึกถึงสภาพแวดล้อมทั้งหมดกระตุกสั่นสะเทือน ทุกอย่างมีพลวัตและเคลื่อนไหว”
การศึกษาผู้เขียนร่วม Louie Slocombe นักศึกษาปริญญาเอกของมหาวิทยาลัย Surrey’s Leverhulme Quantum Biology ศูนย์ฝึกอบรมปริญญาเอกในอังกฤษ อะตอมกระดิกที่อุณหภูมิใด ๆ ที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เพราะความร้อนขับขึ้นพลังงานจลน์ของพวกเขาหรือการเคลื่อนไหวเขากล่าวว่าตามอุณหพลศาสตร์คลาสสิกบางครั้งการกระตุกนี้ช่วยให้อะตอมไฮโดรเจนกระโดดเข้าสู่ตําแหน่งใหม่ในดีเอ็นเอสั้น ๆ ปลอมพันธะใหม่ แต่ในไม่ช้าอะตอมก็กระเด้งกลับไปยังสถานที่เดิมของพวกเขา เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลของฐานดีเอ็นเออะตอมไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะตั้งถิ่นฐานอยู่ในตําแหน่งที่ค่อนข้าง “มั่นคง” ระหว่างคู่ที่พวกเขาใช้เวลาส่วนใหญ่และหลบหนีไปยังตําแหน่งที่ผิดปกติ “ไม่เสถียร” เพียงสั้น ๆ
อะตอมไฮโดรเจนมีโปรตอนเพียงตัวเดียวอิเล็กตรอนที่มีประจุลบหนึ่งตัวและไม่มีนิวตรอน ในระหว่างการก่อตัวของดีเอ็นเออะตอมเหล่านี้ “สูญเสีย” อิเล็กตรอนของพวกเขาไปยังฐานหนึ่งในคู่เมื่อพวกเขาสร้างพันธะ ดังนั้นเมื่ออะตอมไฮโดรเจนกระโดดจากด้านหนึ่งของเส้นดีเอ็นเอไปยังอีกด้านหนึ่งพวกเขาย้ายเป็นโปรตอนเดียวดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงอ้างถึงปรากฏการณ์เป็น “การถ่ายโอนโปรตอน” ตามรายงาน 2014 ในวารสารบัญชีของการวิจัยทางเคมี
แต่จากการศึกษาใหม่การถ่ายโอนโปรตอนแบบคลาสสิกไม่ได้คํานึงถึงทุกกรณีที่โปรตอนกระเด้งไปมาในดีเอ็นเอ”โดยพื้นฐานแล้วสิ่งที่เราพบคือปริมาณของ [ที่เกิดขึ้น] นี้ผ่านอุณหพลศาสตร์คลาสสิกนั้นต่ํามากเมื่อเทียบกับเมื่อเราเรียกใช้ตัวเลขสําหรับอัตราควอนตัม” Slocombe กล่าว กล่าวอีกนัยหนึ่งอุโมงค์โปรตอนมีแนวโน้มที่จะผลักดันการกระโดดโปรตอนมากกว่าความร้อนเพียงอย่างเดียวเขากล่าวว่า
กระโดดสิ่งกีดขวาง อุโมงค์โปรตอนอาศัยหลักการควอนตัมของความไม่แน่นอนซึ่งใช้ไม่ได้กับโลกที่ใหญ่กว่า ตัวอย่างเช่นในโลกของสิ่งที่ยิ่งใหญ่เราสามารถมั่นใจได้ทั้งตําแหน่งของรถไฟและความเร็วที่เดินทางและใช้ข้อมูลนั้นเราสามารถคาดการณ์ได้ว่ารถไฟขบวนนั้นจะมาถึงสถานีถัดไปเมื่อใด เว็บสล็อต
