Hoe de kwantumtheorie en het leven elkaar tegenkomen

Protonenoverdracht in DNA

Protonen (H-kernen) wandelen soms over de bindingen tussen de twee DNA-strengen. Dit namen de onderzoekers mee in hun kwantumchemische berekeningen (afb: Nature)

Ergens ontmoeten de kwantumwereld en het (ook mikroskopische) leven elkaar, maar ik (=as=totale leek) heb nooit geweten dat er ook kwantumbiologen zijn. Die zijn er, tenminste aan de universiteit van Surrey (Eng). Die kwamen tot de conclusie dat enzymen die verantwoordelijk zijn voor de celdeling weleens mutaties zouden kunnen veroorzaken. Oftewel: hoe kom ik van kwantum op bio en terug?
De kwantumbiologen gebruikten voor hun onderzoek kwantumchemische berekeningen. Het bleek (althans dat leek er op) dat het DNA bij de celdeling zichzelf honderd keer sneller dupliceert dan tot gister werd aangenomen. Die ontdekking werpt nieuw licht op de theorie dat kwantumeffecten niet lang genoeg duren om bij die celdeling een rol te spelen, vinden de kwantumbiologen (wie denkt er nog bij biologie aan bijtjes, bomen en botaniseertrommels?).

“We dachten altijd dat kwantummechancica slachtoffer is van de biologische omgeving”, zegt promovendus Max Winokan. “Het was echter fascinerend te ontdekken dat mutaties door kwantumtunneling stabieler zijn als gevolg van enzymatische activiteit, van helicase. Dat enzym is soms afgeschilderd als poortwachter tegen kwantumutatie. Ons onderzoek wijst uit dat dat enzym sterk verbonden is met dergelijke mutaties.”

De beroemde en welbekende helixstructuur van DNA geeft dat enorme molecuul een opmerkelijke stabiliteit (zeker voor een organische verbinding). Normaal bindt een DNA-base (of nucleotide of -letter) T altijd aan A en G aan C. Waterstofkernen (protonen) zijn verantwoordelijk voor de binding. Soms ‘wandelen’ die over die bindingen naar de overkant en vormen zogeheten tautomeren, optische isomeren. Wat dat met het verhaal te maken heeft is mij (=as) niet duidelijk, maar het is leuk om te weten.

Celdeling

Als een cel deelt, dan moet het DNA in de kern zichzelf kopiëren. Dat proces noemen biologen replicatie (en dat doen wijik dan ook maar). Helicase speelt daarin een belangrijke rol door de twee strengen waaruit DNA bestaat uit elkaar te trekken (om elk te worden gekopieerd). Als er basen veranderd (gemuteerd) zijn, dan moeten die de replicatie ‘overleven’ om te promoveren tot blijvende mutatie. ‘Fout’, zegt het persbericht, maar een mutatie is niet per se een fout; soms integendeel zelfs.
“Er is maar weinig kennis over de rol van kwantumeffecten bij DNA-schade (sic; as) en genetische mutaties”, zegt medeonderzoeker Marco Sacchi. “Wij (kwantumbiologen; as) geloven dat we wat kunnen vertellen over hoe DNA-fouten ontstaan, door kwantummechanica te combineren met scheikundige informatica.” Surrey-opperhoofd Jim Al-Khalili ziet Surrey al als ‘wereldleider’ op dit terrein, maar ik (=as) ga er van uit dat dit grootspraak is.

Bron:Alpha Galileo

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.