Bielkoviny sú základné stavebné kamene života, ale vedci teraz odhaľujú, že sa v nich skrývajú aj nečakané kvantové vlastnosti. Nový výskum ukazuje, že spôsob, akým sa protóny – elementárne častice zodpovedné za prenos energie – pohybujú cez bielkoviny, nie je len záležitosťou klasickej chémie. Ich pohyb je ovplyvňovaný spinom elektrónov, čo je kvantový jav, pri ktorom sa elektróny správajú ako miniatúrne magnety, píše Phys.org.

Kvantová mechanika v našich telách

Výskum publikovaný v prestížnom časopise Proceedings of the National Academy of Sciences ukazuje, že pohyb protónov v biologických systémoch je ovplyvnený štruktúrou a chiralitou prostredia, teda priestorovým usporiadaním molekúl, ako aj kvantovým spinom elektrónov. Inak povedané, ak sa elektrón točí v určitom smere, môže „pomáhať“ alebo „brzdiť“ pohyb protónu cez bielkovinu.

Táto súvislosť sa podarila experimentálne potvrdiť v kryštalických vzorkách enzýmu lyzozýmu, známeho svojou úlohou pri obrane proti baktériám. Keď výskumníci vstreknú do týchto kryštálov elektróny s určitým spinom, protóny sa pohybujú efektívnejšie. Ak však zmenia spin, mobilita protónov klesá. Tento jav je sprostredkovaný tzv. chirálnymi fonónmi – kolektívnymi vibráciami v štruktúre kryštálu.

Pozorovaný jav súvisí s fenoménom CISS (Chiral Induced Spin Selectivity), ktorý opisuje, ako asymetrické molekuly selektívne reagujú na spin elektrónov. Tento efekt bol doposiaľ skúmaný najmä v kontexte molekulovej elektroniky, no teraz sa ukazuje, že hrá úlohu aj v biológii – a to na základnej úrovni prenosu energie.

Dr. Shira Yochelis and Naama Goren at HUJI Nano center

Miniatúrna budúcnosť medicíny

Vedúca výskumu Naama Goren spolu s profesorom Yossim Paltielom, a tímom odborníkov z Hebrejskej univerzity, Weizmannovho inštitútu a Ben Gurionovej univerzity, týmto objavom otvárajú dvere k celkom novému vnímaniu bioenergetiky.

Ak sa spin elektrónu skutočne podieľa na riadení prenosu protónov, dá sa tento princíp využiť v dizajne bioinšpirovaných technológií – napríklad v nanoelektronike, spintronike, ale aj v medicíne. Predstavme si zariadenia, ktoré budú schopné cielene ovplyvniť energetické procesy v bunkách, alebo syntetické systémy, ktoré budú napodobňovať životné procesy.

Spojenie kvantovej fyziky s biochémiou nám umožňuje skúmať život nielen z pohľadu molekúl, ale aj kvantových polí a interakcií. To, čo sa kedysi zdalo ako metafyzika, sa dnes stáva merateľnou realitou laboratórií.

Čítajte viac z kategórie: Novinky