Звукоподобные пузыри в ДНК оказались важны для жизни

Ученые продемонстрировали работу квантовой механики в молекуле жизни — ДНК.

Исследование, проведенное учеными из Университета Глазго и опубликованное в Nature Communications, описывает, как двойная спираль ДНК расщепляется с помощью делокализованных звуковых волн, которые являются признаком квантовых эффектов.

ДНК содержит код жизни и является чертежом для каждого живого существа на Земле. Специальные ферменты, ответственные за создание новых белков, считывают этот код, разделяя двойную цепь, чтобы получить доступ к информации. Одним из главных нерешенных вопросов биологии было то, как эти ферменты находят начальное отверстие или «пузырь» в двойной цепи, чтобы начать чтение кода.

Доктор Марио Гонсалес Хименес объясняет: «Считается, что в ДНК есть области, где определенная последовательность оснований изменяет жесткость двойной спирали, способствуя образованию пузырей. Это вызывает разрыв слабых связей между цепями, показывая ферментам транскрипции и репликации, где начинать свою работу».

Доктор Гопакумар Рамакришнан добавляет: «Теоретики предполагали, что такие пузыри ДНК могут вести себя как звуковые волны, отражаясь в ДНК, как эхо в соборе. Однако текущая парадигма в биологии заключается в том, что подобная звуковая динамика не имеет значения для биологической функции, поскольку взаимодействие биомолекулы с окружающей водой почти наверняка разрушит любые такие эффекты».

Исследователи из группы «Сверхбыстрая химическая физика» Университета Глазго провели эксперименты с лазером, который производит фемтосекундные лазерные импульсы примерно в триллион раз короче вспышки фотоаппарата. Это позволило им успешно обнаружить звукоподобные пузыри в ДНК. Они смогли показать, что эти пузыри носятся, как пули в тире, даже в среде, очень похожей на ту, что можно найти в живой клетке.

Аспирант доктор Томас Харвуд, недавно окончивший Университет Стратклайда, отмечает: «Звуковые волны в ДНК — это не обычные звуковые волны. Их частота составляет несколько терагерц, или в миллиард раз выше, чем может слышать человек или собака!»

Профессор Клаас Винн, руководитель исследовательской группы и заведующий кафедрой химической физики в Университете Глазго, объясняет: «Терагерцовые звукоподобные пузыри, которые мы наблюдали, меняют наше фундаментальное понимание биохимических реакций. Ранее высказывались предположения о роли делокализованных квантовых явлений в улавливании света, магниторецепции и обонянии. Новые результаты теперь предполагают гораздо более общую роль для звукоподобных делокализованных явлений в биомолекулярных процессах».