Kuantum Biyolojisi DNA’nızın Mutasyona Uğramasına Neden Olabilir

Teorik araştırmalar, kuantum etkilerinin insan dna'sındaki mutasyonları tetikleyebileceğini gösteriyor. Kuantum biyolojisi gelişmekte olan bir alan ve saniyenin katrilyonda birinde meydana gelen bir işlem olan kuantum tünelleme yoluyla proton transferini içerir. Hücreler, bu mutasyonları önlemeye yardımcı olan yerleşik redaksiyon sistemlerine sahiptir.


Peki kuantum mekaniği bizi kişisel bir şekilde etkileyebilir mi? Büyük olasılıkla evet. Kuantum fizikçileri biyolojinin dağınık ve karmaşık dünyasına girmeye başladıkça, dna'mızda bile kuantum mekaniğinin etkili olduğunu tespit ettiler. Bu da kuantum biyolojisi alanının doğmasına sebep oldu. Yaşanan bu gelişme kanseri, genetik hastalığı ve hatta yaşamın kökenlerini anlama şeklimizi değiştirebilir.


Bilim insanları bir zamanlar biyolojik sistemlerin, parçacığın dalga formunun yayıldığı proton tüneli gibi garip kuantum etkilerini deneyimlemek için çok sıcak, ıslak ve kaotik olduğunu ve normalde geçişini engelleyecek bir enerji bariyeri boyunca patlamasına izin verdiğini düşünüyorlardı. Genel olarak, etrafta ne kadar fazla ısı ve kaos olursa, kuantum etkisi o kadar küçük olur; bu nedenle, bilim insanları uzun yıllar boyunca insan vücudunda kuantum davranışlarının önemli olamayacak kadar küçük olacağını düşündüler...


İkonik çift sarmal DNA, her biri bir harfle adlandırılan dört farklı şekilden birine sahip, puzzle parçaları gibi birbirine bağlanan, merkezde bitleri olan iki sarmal moleküler iplikçikten oluşur. T şekilleri A şekillerine bağlanır ve G şekilleri C şekillerine bağlanır ve “baz çiftleri " olarak bilinen şeyi oluşturur.” Bu küçük moleküler dallar, tek bir proton ve elektrona sahip olan hidrojen atomları arasındaki zayıf konumlar yoluyla bağlanır.


Bazen harfler yanlış eşleştirilir nokta mutasyonu dediğimiz bir hata oluşur Nokta mutasyonları katlanabilir ve DNA ile ilgili sorunlara neden olabilir, bazen kansere veya diğer sağlık sorunlarına yol açabilir. Çoğu zaman DNA replikasyonu sırasındaki hataların sonucu olan nokta mutasyonları, X-ışını maruziyeti, UV radyasyonu veya atom parçacıklarını düzenli yerlerinden hareket etmeleri için uyaran herhangi bir şeyden de kaynaklanabilir.


Araştırmacılar, 50 yıl boyunca, zayıf bağlanmış DNA iplikleri arasındaki pozisyonları değiştiren protonların nokta mutasyonlarına neden olup olamayacağını tartıştılar. Birçok çalışma, proton anahtarlaması ile oluşturulan ara baz çifti durumlarının DNA'da çoğaltılamayacak kadar kararsız ve kısa ömürlü olduğu sonucuna varmıştır. Ancak Communications Physics dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, bu durumların sık ve istikrarlı olabileceğini ve kuantum süreçlerinin oluşumlarını yönlendirebileceğini tespit etti.


Araştırmacılar, kaotik hücresel ortamı temsil eden sonsuz bir yay benzeri titreşimli parçacık denizinde G:C baz çiftinin hidrojen bağları arasındaki proton transferini modellediler. Hesaplamaları, kuantum tünelleme yoluyla proton transferinin, bir DNA sarmalının merkezindeki G:C bağlantıları için çok hızlı bir şekilde gerçekleşebileceğini göstermektedir. Bu durum bir kaç yüz femtosaniye veya 0.000000000000001 saniye içinde gerçekleşmektedir. Böyle bir oran biyolojik zaman ölçeğimizden çok daha hızlıdır.


Bu geçiş dna'mıza o kadar hızlı ve sık oluyor ki , protonların bir kısmı komşularını sürekli ziyaret ediyormuş gibi “görünüyor”, aynı şekilde ekrandaki bir görüntü o kadar hızlı yanıp sönebiliyor ki hala gözlerimize bakıyor. Protonların köprünün bir tarafından diğerine bu süper hızlı geçişi, baz çiftlerinin orijinal formları ile biraz farklı bir şekil arasında sürekli değiştiği anlamına gelir. Bu ara formlar, iplikler açıldığında, okunduğunda ve kopyalandığında DNA replikasyonu sırasında uyumsuzluğa neden olabilir.


Protonların tünellenmesini önlemek yerine, biyolojik sıcaklığımız bir termal aktivasyon kaynağı olarak hareket edebilir ve protonlara diğer tarafa sıçraması için yeterli enerji verebilir. Gerçekten de, kuantum tünelleme yoluyla proton transferi, klasik fizik tarafından tahmin edilenden dört kat daha fazladır. Bu olaylar sadece yaygın değil, aynı zamanda uzun ömürlüdür. Önceki hesaplama çalışmalarına dayanarak, araştırmacılar bu moleküler değişikliklerin çoğaltılacak kadar uzun süre stabil olması gerektiğini ve bir mutasyona neden olduğunu tahmin ediyorlar.

Ekibin hesaplamalarına göre, nokta mutasyonları dna'mızda onlardan çok daha sık görünmelidir. Araştırmacılar bu farkı, hasarı bulan ve geri alan “yüksek verimli DNA onarım mekanizmalarına " bağlamaktadır. Örneğin, DNA replikasyon makinemiz, hataların tespit edildiği ve bir yazım hatası gibi “düzeltme” yeteneği içerir.


Araştırmacılar, proton tünellemesinin kolaylığı ve bu ara durumların uzun ömürlülüğünün yaşamın kökeni üzerine yapılan çalışmalarla bile ilgili olabileceğini yazıyor, çünkü erken evrim oranı tek iplikli RNA'NIN mutasyon oranı ile bağlantılı. Bu nedenle, kuantum dünyası garip ve uzak görünse de, bize hayat vermede ve onu almada rol oynamış olabilir.


Kaynak: https://bigthink.com/hard-science/quantum-biology-mutation/