Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает: перенос протонов в живых организмах зависит не только от химических взаимодействий, но и от квантовых свойств, в частности, от спина электронов. Открытие сделали ученые из Еврейского университета в Иерусалиме в сотрудничестве с профессором Роном Нааманом из Института Вейцмана и профессором Нурит Ашкенази из Университета Бен-Гуриона.
Считалось, что протоны, играющие ключевую роль в производстве клеточной энергии, просто «прыгают» от одной молекулы воды или аминокислоты к другой. Но теперь выяснилось: если электроны, введенные в белковую структуру, обладают определенным спином, это радикально меняет способность протонов к движению. А если спин противоположный — движение тормозится.
Ключ к этому явлению — эффект CISS, хирально-индуцированная спиновая селективность. Он описывает, как хиральные, то есть асимметричные молекулы, такие как белки, по-разному взаимодействуют с электронами в зависимости от их спина. Исследователи показали это на примере лизоцима — фермента, который встречается во многих организмах, включая человека. В кристаллах лизоцима спин электрона влияет на возбуждение хиральных фононов, колебаний решетки, которые усиливают перенос протонов.
«Наши данные показывают, что перенос протонов — это не просто химическая реакция, а квантовый процесс», — объясняет Наама Горен, одна из авторов исследования.
Эксперименты показали, что когда в белковую структуру вводят электроны с нужным спином, протоны проходят через нее свободнее. Это говорит о глубокой связи между квантовыми и биологическими процессами. Иными словами, то, как живые организмы передают энергию и информацию, контролируется не только химией, но и законами квантовой физики.
Связь между спином и движением протонов может лечь в основу новых биомиметических технологий — систем, повторяющих принципы живых организмов, и методов управления передачей информации внутри клеток.
Это исследование открывает перспективы для разработки новых подходов в медицине, энергетике и нанотехнологиях. Объединяя физику и биохимию, оно меняет наше представление о самой природе жизни.
Пока одни исследователи раскрывают, как квантовые процессы управляют движением частиц внутри белков, другие переосмысливают базовые представления о делении клеток. О том, как форма родительской клетки может повлиять на результат деления, вы можете узнать в этой статье.
