Günümüzde yenilikçi, interdisipliner bir çalışmada bir grup kuantum biyoloğu atomik seviyede rol oynayan mekanizmalardan bazılarını gün yüzüne çıkarmak için DNA replikasyonuna teorik fizik modellemeyi başardı.
Qamariya Nasrullah
Çeviren: Elif Azra Özay
DNA mutasyonları, doğum kusurları ve kanser de dâhil olmak üzere dünya çapında ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir, ancak bunlara karmaşık bir faktörler ağı neden olur. Günümüzde yenilikçi, interdisipliner bir çalışmada bir grup kuantum biyoloğu atomik seviyede rol alan mekanizmalardan bazılarını gün yüzüne çıkarmak için DNA replikasyonuna teorik fizik modellemeyi başardı.
Kuantum biyolojisi nedir?
Sıklıkla kuantum teorisiyle açıklanan kuantum fiziği, madde ve enerjinin atomik ve atomaltı seviyelerde doğası ve davranışlarıdır. Kuantum biyolojisi, kuantum mekaniğinin canlı hücrelerde nasıl rol aldığını keşfetmek için nükleer fizikçileri, biyokimyacıları ve moleküler biyologları bir araya getiren, yeni ortaya çıkan multidisipliner bir bilim alanıdır.
Teknoloji harikası bilgisayar simülasyonları ve kuantum mekaniğini kullanarak Surrey’deki Leverhulme Kuantum Biyoloji Doktora Eğitim Merkezinden (LQBDTC) bir ekip, proton tünellemenin DNA mutasyonlarıyla nasıl bağlantılı olabileceğini keşfetti. Bu araştırma makalesi Physical Chemistry Chemical Physics’te yayımlandı.
Proton tünelleme nedir?
Proton tünelleme, bir protonun bir bölgeden aniden kaybolması ve aynı protonun yakın bir bölgede, bir bariyerin ötesinde belirmesidir. Protonlar bir elektrondan 2000 kat daha büyüktür, dolayısıyla özellikle potansiyel bariyerin genişliği azaltıldığında meydana gelme olasılıkları çok daha düşüktür. Proton tünelleme, elektronu olmayan bir hidrojen atomunun protona indirgendiği, bunun da ona bu sınırı geçme yani tünelleme potansiyeli verdiği hidrojen bağlarıyla ilişkilidir.
Kuantum biyolojisi ve DNA ilişkisi
DNA’mız (Deoksiribonükleik asit), hidrojen bağlarıyla bir arada tutulan iki sarmal tamamlayıcı bazdan meydana gelir: Adenin-timin (A-T) ve guanin-sitozin (G-C). Hidrojen bağları kimyasal bağlar değil, daha ziyade kolayca bozulabilen elektrostatik kuvvetlerdir. Belirli koşullarda, proton tünelleme yoluyla, hidrojen atomları dalgalar gibi yayılarak aynı anda birden çok lokasyonda bulunabilir. Bu, atomların DNA’nın yanlış sarmalında bulunmasına yol açabilir, böylece bir tautomere yani sadece o iplikte meydana gelen bir mutasyona sebep olabilir. DNA her 108-1011 baz eşlendiğinde spontane bir mutasyon olacak şekilde kopyalanır. Nadir bir olay gibi görünse de her insan hücresindeki DNA yaklaşık üç milyar nükleotid uzunluğundadır ve her gün yaklaşık iki trilyon kez kopyalanır, bu da kabaca günde yirmi defa meydana geldiği anlamına gelir. Bu sürecin daha iyi anlaşılması, mutasyonların meydana gelme olasılığını azaltma ve dolayısıyla hastalıkları önleme imkânı sunar.
Dr. Marco Sacchi, “Birçok kişi uzun zamandır tuhaf, mantık dışı ve harika olan kuantum dünyasının bildiğimiz haliyle yaşamda bir rolü olduğundan şüpheleniyordu. Bir şeyin aynı anda iki yerde olabileceği fikri pek çoğumuz için saçma olabilirken bu, kuantum dünyasında her zaman yaşanıyor ve bizim çalışmamız kuantum tünellemenin oda sıcaklığında DNA’da da meydana geldiğini doğruluyor.” dedi.
Louie Slocombe son olarak şunları ekledi:
“Biyolojik süreçlerin atomaltı seviyede nasıl çalıştığını anlamak için önümüzde hâlâ uzun ve heyecan verici bir yol var fakat bizim çalışmamız ve son yıllardaki sayısız diğer çalışma, kuantum mekaniğinin işin içinde olduğunu doğruladı. Gelecekte, kuantum tünelleme yoluyla oluşan tautomerlerin nasıl çoğaldığını ve genetik mutasyonlara yol açtığını araştırmayı umuyoruz.”
Kaynak:
https://cosmosmagazine.com/science/physics/quantum-biology-dna/
