Jump to content

Квантовая биология

(Перенаправлено из «Квантовая биология »)

Квантовая биология — это изучение применения квантовой механики и теоретической химии к аспектам биологии , которые не могут быть точно описаны классическими законами физики. [ 1 ] Понимание фундаментальных квантовых взаимодействий важно, поскольку они определяют свойства следующего уровня организации в биологических системах.

Многие биологические процессы включают преобразование энергии в формы, которые можно использовать для химических превращений, и имеют квантово-механическую природу. Такие процессы включают химические реакции , поглощение света , образование возбужденных электронных состояний , передачу энергии возбуждения , а также перенос электронов и протонов ( ионов водорода ) в химических процессах, таких как фотосинтез , обоняние и клеточное дыхание . [ 2 ] Более того, квантовая биология может использовать вычисления для моделирования биологических взаимодействий в свете квантово-механических эффектов. [ 3 ] Квантовая биология занимается влиянием нетривиальных квантовых явлений. [ 4 ] что можно объяснить сведением биологического процесса к фундаментальной физике , хотя эти эффекты сложны для изучения и могут носить умозрительный характер. [ 5 ]

В настоящее время существуют четыре основных жизненных процесса, на которые влияют квантовые эффекты: ферментный катализ, сенсорные процессы, передача энергии и кодирование информации. [ 6 ]

Квантовая биология — развивающаяся область в том смысле, что большинство современных исследований носят теоретический характер и ставят вопросы, требующие дальнейших экспериментов. Хотя эта область только недавно привлекла внимание физиков, она концептуализировалась физиками на протяжении всего 20 века. Было высказано предположение, что квантовая биология может сыграть решающую роль в будущем медицинского мира. [ 7 ] Первые пионеры квантовой физики видели применение квантовой механики в биологических проблемах. Книга Эрвина Шрёдингера 1944 года « Что такое жизнь?» обсуждали применения квантовой механики в биологии. [ 8 ] Шрёдингер выдвинул идею « апериодического кристалла », содержащего генетическую информацию в конфигурации ковалентных химических связей . Далее он предположил, что мутации происходят посредством «квантовых скачков». Другие пионеры Нильс Бор , Паскуаль Джордан и Макс Дельбрюк утверждали, что квантовая идея дополнительности является фундаментальной для наук о жизни. [ 9 ] В 1963 году Пер-Олов Лёвдин опубликовал туннелирование протонов как еще один механизм мутации ДНК . В своей статье он заявил, что существует новая область исследований под названием «квантовая биология». [ 10 ] В 1979 году советский и украинский физик Александр Давыдов опубликовал первый учебник по квантовой биологии под названием « Биология и квантовая механика» . [ 11 ] [ 12 ]

Ферментативный катализ

[ редактировать ]

ферменты Было высказано предположение, что используют квантовое туннелирование для переноса электронов в электрон-транспортных цепях . [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Вполне возможно, что четвертичная архитектура белков адаптировалась, чтобы обеспечить устойчивую квантовую запутанность и когерентность , которые являются двумя ограничивающими факторами для квантового туннелирования в биологических объектах. [ 16 ] Эти архитектуры могут учитывать больший процент передачи квантовой энергии, которая происходит посредством транспорта электронов и туннелирования протонов (обычно в форме ионов водорода, H + ). [ 17 ] [ 18 ] Туннелирование означает способность субатомной частицы преодолевать потенциальные энергетические барьеры. [ 19 ] Эта способность частично обусловлена ​​принципом дополнительности , согласно которому определенные вещества обладают парами свойств, которые нельзя измерить отдельно без изменения результата измерения. Частицы, такие как электроны и протоны, обладают корпускулярно-волновым дуализмом; благодаря своим волновым характеристикам они могут проходить через энергетические барьеры, не нарушая законов физики. Чтобы количественно оценить, как квантовое туннелирование используется во многих ферментативных действиях, многие биофизики используют наблюдение ионов водорода. Перенос ионов водорода рассматривается как основной элемент сети первичной обработки энергии органеллы; другими словами, квантовые эффекты чаще всего действуют в местах распределения протонов на расстояниях порядка ангстрема ( 1 Å). [ 20 ] [ 21 ] В физике полуклассический (СК) подход наиболее полезен для определения этого процесса из-за перехода от квантовых элементов (например, частиц) к макроскопическим явлениям (например, биохимическим веществам ). Помимо туннелирования водорода, исследования также показывают, что перенос электронов между окислительно-восстановительными центрами посредством квантового туннелирования играет важную роль в ферментативной активности фотосинтеза и клеточного дыхания (см. Также раздел «Митохондрии» ниже). [ 15 ] [ 22 ]

Ферритин

[ редактировать ]

Ферритин – это белок-запасатель железа, который содержится в растениях и животных. Обычно он состоит из 24 субъединиц, которые самособираются в сферическую оболочку толщиной примерно 2 нм с внешним диаметром, который варьируется в зависимости от загрузки железа примерно до 16 нм. Внутри ядра оболочки в состоянии окисления Fe3+ может храниться до ~4500 атомов железа в виде нерастворимых в воде соединений, таких как ферригидрит и магнетит . [ 23 ] Ферритин способен сохранять электроны в течение как минимум нескольких часов, которые восстанавливают Fe3+ до водорастворимого Fe2+. [ 24 ] Туннелирование электронов как механизм прохождения электронов через белковую оболочку толщиной 2 нм был предложен еще в 1988 году. [ 25 ] Туннелирование электронов и другие квантово-механические свойства ферритина были обнаружены в 1992 году. [ 26 ] а туннелирование электронов при комнатной температуре и условиях окружающей среды наблюдалось в 2005 году. [ 27 ] Туннелирование электронов, связанное с ферритином, представляет собой квантовый биологический процесс, а ферритин является квантовым биологическим агентом.

Туннелирование электронов через ферритин между электродами не зависит от температуры, что указывает на то, что оно в значительной степени когерентно и не требует активации. [ 28 ] Расстояние туннелирования электронов зависит от размера ферритина. События туннелирования одиночных электронов могут происходить на расстояниях до 8 нм через ферритин, а последовательное туннелирование электронов может происходить на расстоянии до 12 нм через ферритин. Было высказано предположение, что туннелирование электронов происходит с помощью магнонов и связано с микродоменами магнетита в ядре ферритина. [ 29 ]

Ранние доказательства квантово-механических свойств, проявляемых ферритином in vivo, наблюдалось усиление магнитного упорядочения структур ферритина в плацентарных макрофагах . были зарегистрированы в 2004 году, когда с помощью малоуглового рассеяния нейтронов (МУРН) [ 30 ] Твердые тела с квантовыми точками также демонстрируют повышенное магнитное упорядочение при тестировании SANS. [ 31 ] и может проводить электроны на большие расстояния. [ 32 ] При тестировании МУРН также наблюдалось повышенное магнитное упорядочение ферритиновых сердечников, расположенных в упорядоченном слое на кремниевой подложке. [ 33 ] Структуры ферритина, подобные структурам плацентарных макрофагов, были протестированы в твердотельных конфигурациях и демонстрируют свойства твердотельных квантовых точек, проводящие электроны на расстояния до 80 микрон посредством последовательного туннелирования и образования кулоновских блокад. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] Транспорт электронов через ферритин в плацентарных макрофагах может быть связан с противовоспалительной функцией. [ 37 ]

Кондуктивная атомно-силовая микроскопия ( ткани компактной части черной субстанции SNc) продемонстрировала доказательства туннелирования электронов между ядрами ферритина в структурах, которые коррелируют со слоями ферритина вне нейромеланиновых органелл. [ 38 ]  

Также были обнаружены доказательства наличия слоев ферритина в телах клеток крупных дофаминовых нейронов SNc и между этими телами клеток в глиальных клетках. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] и предположительно связано с функцией нейронов. [ 42 ] Сверхэкспрессия ферритина снижает накопление активных форм кислорода (АФК), [ 43 ] и может действовать как катализатор, увеличивая способность электронов антиоксидантов нейтрализовать АФК посредством туннелирования электронов. Ферритин также наблюдался в упорядоченных конфигурациях в лизосомах, связанных с эритропоэзом . [ 44 ] где это может быть связано с выработкой эритроцитов. Хотя прямых доказательств туннелирования, связанного с ферритином in vivo в живых клетках, еще не получено, возможно, это можно сделать с помощью КТ, помеченных антиферритином, который должен испускать фотоны, если электроны, хранящиеся в ядре ферритина, туннелируют к КТ. [ 45 ]

Сенсорные процессы

[ редактировать ]

обоняние

[ редактировать ]

Обоняние, обоняние, можно разделить на две части; прием и обнаружение химического вещества, а также то, как это обнаружение отправляется в мозг и обрабатывается им. Этот процесс обнаружения одоранта все еще находится под вопросом. Одна теория, названная « теорией обоняния формы », предполагает, что определенные обонятельные рецепторы активируются определенными формами химических веществ, и эти рецепторы посылают определенное сообщение в мозг. [ 46 ] Другая теория (основанная на квантовых явлениях) предполагает, что обонятельные рецепторы улавливают вибрацию доходящих до них молекул и «запах» обусловлен разными частотами колебаний, эту теорию метко называют «вибрационной теорией обоняния».

Вибрационная теория обоняния , созданная в 1938 году Малкольмом Дайсоном. [ 47 ] но обновленный Лукой Турином в 1996 году, [ 48 ] предполагает, что механизм обоняния обусловлен рецепторами G-белка, которые обнаруживают молекулярные вибрации из-за неэластичного туннелирования электронов, туннелирования, при котором электрон теряет энергию, через молекулы. [ 48 ] В этом процессе молекула заполняет сайт связывания рецептором G-белка . После связывания химического вещества с рецептором оно будет действовать как мост, позволяющий переносить электрон через белок. Когда электрон пересекает то, что в противном случае было бы барьером, он теряет энергию из-за вибрации вновь связанной молекулы с рецептором. Это приводит к способности чувствовать запах молекулы. [ 48 ] [ 4 ]

Хотя теория вибрации имеет некоторые экспериментальные доказательства своей концепции, [ 49 ] [ 50 ] в экспериментах было получено множество противоречивых результатов. В некоторых экспериментах животные способны различать запахи между молекулами разной частоты и одинаковой структуры. [ 51 ] в то время как другие эксперименты показывают, что люди не умеют различать запахи из-за различных молекулярных частот. [ 52 ]

Зрение опирается на квантованную энергию для преобразования световых сигналов в потенциал действия в процессе, называемом фототрансдукцией . При фототрансдукции фотон взаимодействует с хромофором в рецепторе света. Хромофор поглощает фотон и подвергается фотоизомеризации . Это изменение структуры вызывает изменение структуры фоторецептора, и в результате пути передачи сигнала приводят к зрительному сигналу. Однако реакция фотоизомеризации происходит с высокой скоростью, менее чем за 200 фемтосекунд . [ 53 ] с высокой урожайностью. Модели предполагают использование квантовых эффектов для формирования потенциалов основного и возбужденного состояний для достижения этой эффективности. [ 54 ]

Датчик сетчатки человеческого глаза достаточно чувствителен, чтобы обнаружить одиночный фотон. [ 55 ] Обнаружение одиночных фотонов может привести к созданию множества различных технологий. Одной из областей развития является квантовая связь и криптография . Идея состоит в том, чтобы использовать биометрическую систему для измерения глаза, используя лишь небольшое количество точек на сетчатке со случайными вспышками фотонов, которые «читают» сетчатку и идентифицируют человека. [ 56 ] Эта биометрическая система позволит расшифровать сообщение только определенному человеку с определенной картой сетчатки. Это сообщение не может быть декодировано кем-либо еще, если только подслушивающий не угадает правильную карту или не сможет прочитать сетчатку предполагаемого получателя сообщения. [ 57 ]

Передача энергии

[ редактировать ]

Фотосинтез

[ редактировать ]
Общий фотосистемный комплекс
Антенный комплекс обнаружен в фотосистемах как прокариот, так и эукариот.
Схема комплекса ФМО. Свет возбуждает электроны в антенне. Затем возбуждение передается через различные белки комплекса FMO в реакционный центр для дальнейшего фотосинтеза.

Фотосинтез относится к биологическому процессу, который фотосинтезирующие клетки используют для синтеза органических соединений из неорганических исходных материалов с использованием солнечного света. [ 58 ] Что в первую очередь считалось проявлением нетривиального квантового поведения, так это стадия световой реакции фотосинтеза. На этом этапе фотоны поглощаются мембраносвязанными фотосистемами . Фотосистемы содержат два основных домена: светособирающий комплекс (усики) и реакционный центр . Эти усики различаются у разных организмов. Например, бактерии используют кольцевые агрегаты пигментов хлорофилла, а растения используют встроенные в мембраны белки и комплексы хлорофилла. [ 59 ] [ 60 ] Тем не менее, фотоны сначала захватываются антеннами и передаются в комплекс реакционных центров. Различные пигментно-белковые комплексы, такие как комплекс FMO у зеленых серобактерий, отвечают за передачу энергии от усиков к месту реакции. Фотонное возбуждение комплекса реакционного центра опосредует окисление и восстановление первичного акцептора электронов, компонента комплекса реакционного центра. Подобно цепи переноса электронов в митохондриях, линейная серия окислений и восстановлений приводит к перекачке протонов (H+) через тилакоидную мембрану, развитию движущей силы протонов и энергетическому соединению с синтезом АТФ .

Предыдущие представления о переносе электронного возбуждения (EET) от светособирающих антенн к реакционному центру основывались на теории Фёрстера некогерентного EET, постулирующей слабую электронную связь между хромофорами и некогерентные прыжки от одного к другому. Эта теория была в значительной степени опровергнута экспериментами по электронной спектроскопии Фурье , которые показали поглощение и перенос электронов с эффективностью более 99%. [ 61 ] которые не могут быть объяснены классическими механическими моделями. Вместо этого еще в 1938 году ученые выдвинули теорию, что квантовая когерентность является механизмом передачи энергии возбуждения. Действительно, структура и природа фотосистемы помещают ее в квантовую сферу, где EET варьируется от фемто- до наносекундного масштаба, охватывая расстояния от субнанометра до нанометра. [ 62 ] Влияние квантовой когерентности на EET при фотосинтезе лучше всего понять через когерентность состояний и процессов. Когерентность состояний относится к степени индивидуальных суперпозиций основных и возбужденных состояний квантовых объектов, таких как экситоны . С другой стороны, когерентность процесса относится к степени связи между несколькими квантовыми объектами и их эволюцией, в которой доминируют либо унитарные, либо диссипативные части, которые конкурируют друг с другом. Оба этих типа когерентности участвуют в фотосинтетическом EET, когда экситон когерентно делокализован по нескольким хромофорам. [ 63 ] Эта делокализация позволяет системе одновременно исследовать несколько энергетических путей и использовать конструктивную и деструктивную интерференцию, чтобы направлять путь волнового пакета экситона. Предполагается, что естественный отбор выбрал наиболее эффективный путь к реакционному центру. Экспериментально взаимодействие между волновыми пакетами различной частоты, ставшее возможным благодаря долгоживущей когерентности, будет производить квантовые биения . [ 64 ]

Хотя квантовый фотосинтез все еще является развивающейся областью, было получено множество экспериментальных результатов, подтверждающих квантово-когерентное понимание фотосинтетической ЭЕТ. Исследование 2007 года заявило об обнаружении электронной квантовой когерентности. [ 65 ] при -196 ° C (77 К). Еще одно теоретическое исследование 2010 года. [ который? ] предоставили доказательства того, что квантовая когерентность сохраняется до 300 фемтосекунд при биологически значимых температурах (4 ° C или 277 К). В том же году эксперименты, проведенные на фотосинтезирующих криптофитных водорослях с использованием двумерной фотонной эхо-спектроскопии, дали дальнейшее подтверждение долгосрочной квантовой когерентности. [ 66 ] Эти исследования показывают, что в ходе эволюции природа разработала способ защиты квантовой когерентности для повышения эффективности фотосинтеза. Однако критические последующие исследования ставят под сомнение интерпретацию этих результатов. Спектроскопия одиночных молекул теперь показывает квантовые характеристики фотосинтеза без вмешательства статического беспорядка, и некоторые исследования используют этот метод для сопоставления известных признаков электронной квантовой когерентности с ядерной динамикой, происходящей в хромофоре. [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] Появился ряд предложений, объясняющих неожиданно длительную согласованность. Согласно одному из предположений, если каждый участок комплекса ощущает собственный шум окружающей среды, электрон не будет оставаться в каком-либо локальном минимуме как из-за квантовой когерентности, так и из-за своего теплового окружения, а перейдет к месту реакции посредством квантовых блужданий . [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] Другое предположение состоит в том, что скорость квантовой когерентности и туннелирование электронов создают сток энергии, который быстро перемещает электрон к месту реакции. [ 77 ] Другая работа предположила, что геометрическая симметрия в комплексе может способствовать эффективной передаче энергии к реакционному центру, отражая идеальную передачу состояний в квантовых сетях. [ 78 ] Более того, эксперименты с молекулами искусственных красителей ставят под сомнение интерпретацию того, что квантовые эффекты длятся дольше ста фемтосекунд. [ 79 ]

В 2017 году первый контрольный эксперимент с оригинальным белком FMO в условиях окружающей среды подтвердил, что электронные квантовые эффекты смываются в течение 60 фемтосекунд, тогда как общий перенос экситонов занимает время порядка нескольких пикосекунд. [ 80 ] В 2020 году обзор, основанный на широком наборе контрольных экспериментов и теории, пришел к выводу, что предложенные квантовые эффекты, такие как долгоживущая электронная когерентность в системе FMO, не сохраняются. [ 81 ] Вместо этого исследования, изучающие динамику транспорта, предполагают, что взаимодействия между электронными и колебательными модами возбуждения в комплексах FMO требуют полуклассического, полуквантового объяснения передачи энергии экситонов. Другими словами, хотя квантовая когерентность доминирует в краткосрочной перспективе, классическое описание наиболее точно описывает долговременное поведение экситонов. [ 82 ] [ 83 ]

Еще один процесс фотосинтеза, эффективность которого почти 100%, — это перенос заряда , что еще раз позволяет предположить, что здесь задействованы квантово-механические явления. [ 73 ] В 1966 году исследование фотосинтетической бактерии Chromatium показало, что при температуре ниже 100 К окисление цитохромов не зависит от температуры, происходит медленно (порядка миллисекунд) и с очень низкой энергией активации . Авторы, Дон ДеВо и Бриттон Чейз, предположили, что эти характеристики переноса электронов указывают на квантовое туннелирование , при котором электроны проникают через потенциальный барьер, несмотря на то, что обладают меньшей энергией, чем это классически необходимо.

Митохондрии

[ редактировать ]

митохондрии Было продемонстрировано, что используют квантовое туннелирование в своей функции в качестве электростанции эукариотических клеток. Подобно световым реакциям в тилакоиде , линейно-ассоциированные мембраносвязанные белки, входящие в состав электрон-транспортной цепи (ЭТЦ), энергетически связывают восстановление О2 с развитием протонмотивного градиента (Н+) через внутреннюю мембрану митохондрий. Эта энергия, запасенная в виде градиента движения протонов, затем соединяется с синтезом АТФ . Примечательно, что митохондриальное преобразование биомассы в химическую АТФ достигает 60-70% термодинамической эффективности, что намного превосходит эффективность искусственных двигателей . [ 84 ] Такая высокая степень эффективности во многом объясняется квантовым туннелированием электронов в ETC и протонов в градиенте движения протонов. Действительно, туннелирование электронов уже было продемонстрировано в некоторых элементах ETC, включая НАДН:убихиноноксидоредуктазу (Комплекс I) и CoQH2-цитохром с-редуктазу (Комплекс III). [ 85 ] [ 86 ]

В квантовой механике и электроны, и протоны являются квантовыми объектами, которые проявляют корпускулярно-волновой дуализм , проявляя как корпускулярные, так и волноподобные свойства в зависимости от метода экспериментального наблюдения. [ 87 ] Квантовое туннелирование является прямым следствием волновой природы квантовых объектов , которая позволяет преодолевать потенциальный энергетический барьер, который в противном случае ограничивал бы сущность. [ 88 ] Более того, она зависит от формы и размера потенциального барьера относительно поступающей энергии частицы. [ 89 ] Поскольку входящая частица определяется ее волновой функцией, вероятность ее туннелирования зависит от формы потенциального барьера экспоненциально. Например, если барьер относительно широк, вероятность туннелирования входящей частицы уменьшится. Потенциальный барьер в некотором смысле может принимать форму реального барьера из биоматериала. Внутренняя мембрана митохондрий, в которой находятся различные компоненты ETC, имеет толщину порядка 7,5 нм. [ 84 ] Внутренняя мембрана митохондрии должна быть преодолена, чтобы пропустить сигналы (в виде электронов, протонов, H + ) для переноса из места эмиттанса (внутреннего по отношению к митохондриям) и места принятия (т.е. белков цепи переноса электронов). [ 90 ] Для переноса частиц мембрана митохондрий должна иметь правильную плотность фосфолипидов, чтобы обеспечить соответствующее распределение заряда, которое притягивает рассматриваемую частицу. Например, при большей плотности фосфолипидов мембрана способствует большей проводимости протонов. [ 90 ]

Молекулярные солитоны в белках

[ редактировать ]

Александр Давыдов разработал квантовую теорию молекулярных солитонов с целью объяснения транспорта энергии в белков α-спиралях вообще и физиологии мышечного сокращения в частности. [ 91 ] [ 92 ] Он показал, что молекулярные солитоны способны сохранять свою форму за счет нелинейного взаимодействия амида I экситонов и фононных деформаций внутри решетки с водородными связями пептидных групп . [ 93 ] [ 94 ] В 1979 году Давыдов опубликовал свой полный учебник по квантовой биологии под названием «Биология и квантовая механика», в котором рассказывается о квантовой динамике белков , клеточных мембран , биоэнергетике , мышечных сокращениях и электронов транспорте в биомолекулах . [ 11 ] [ 12 ]

Кодирование информации

[ редактировать ]

Магниторецепция

[ редактировать ]
Радикально -парный механизм был предложен для квантовой магниторецепции у птиц. Это происходит в молекулах криптохрома птиц в клетках сетчатки . [ 95 ]

Магниторецепция – способность животных ориентироваться, используя наклон магнитного поля Земли. [ 96 ] Возможным объяснением магниторецепции является механизм запутанных радикальных пар . [ 97 ] [ 98 ] Парный радикальный механизм хорошо известен в спиновой химии . [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] и было высказано предположение, что оно применимо к магниторецепции в 1978 году Шультеном и др. Соотношение между синглетными и триплетными парами изменяется из-за взаимодействия запутанных электронных пар с магнитным полем Земли. [ 102 ] В 2000 году криптохром был предложен как «магнитная молекула», которая могла бы содержать магниточувствительные пары радикалов. Криптохром, флавопротеин, обнаруженный в глазах европейских малиновок и других видов животных, является единственным белком, который, как известно, образует фотоиндуцированные радикальные пары у животных. [ 96 ] При взаимодействии с легкими частицами криптохром вступает в окислительно-восстановительную реакцию, в результате которой образуются пары радикалов как при фотовосстановлении, так и при окислении. Функции криптохрома различаются у разных видов, однако фотоиндукция пар радикалов происходит под воздействием синего света, который возбуждает электрон в хромофоре . [ 102 ] Магниторецепция также возможна в темноте, поэтому механизм должен больше полагаться на радикальные пары, образующиеся в ходе светонезависимого окисления.

Эксперименты в лаборатории подтверждают основную теорию о том, что электроны радикальной пары могут подвергаться значительному влиянию очень слабых магнитных полей, т. е. просто направление слабых магнитных полей может влиять на реакционную способность радикальной пары и, следовательно, может «катализировать» образование химических продуктов. Применимо ли этот механизм к магниторецепции и/или квантовой биологии, то есть «катализирует» ли магнитное поле Земли образование биохимических продуктов с помощью пар радикалов, не до конца ясно. Радикальным парам, возможно, не обязательно быть запутанными, что является ключевой квантовой особенностью механизма радикальных пар, чтобы играть роль в этих процессах. Существуют запутанные и незапутанные пары радикалов, но с помощью современных технологий невозможно разрушить только запутанные пары радикалов. Исследователи нашли доказательства наличия радикально-парного механизма магниторецепции, когда европейские малиновки, тараканы и садовые славки больше не могли ориентироваться под воздействием радиочастоты , которая препятствует магнитным полям. [ 96 ] и химия радикальных пар. Дополнительные доказательства были получены в результате сравнения криптохрома 4 (CRY4) у мигрирующих и немигрирующих птиц. Было обнаружено, что CRY4 курицы и голубя менее чувствителен к магнитным полям, чем CRY4 (мигрирующей) европейской малиновки , что позволяет предположить эволюционную оптимизацию этого белка как сенсора магнитных полей. [ 103 ]

Мутация ДНК

[ редактировать ]

ДНК действует как инструкция по созданию белков во всем организме. Он состоит из 4 нуклеотидов: гуанина, тимина, цитозина и аденина. [ 104 ] Порядок этих нуклеотидов дает «рецепт» различных белков.

Всякий раз, когда клетка размножается, она должна копировать эти нити ДНК. Однако иногда в процессе копирования цепи ДНК может произойти мутация или ошибка в коде ДНК. Теория причин мутации ДНК объясняется в модели мутации ДНК Лоудина. [ 105 ] В этой модели нуклеотид может спонтанно менять свою форму посредством процесса квантового туннелирования . [ 106 ] [ 107 ] Из-за этого измененный нуклеотид потеряет способность соединяться со своей исходной парой оснований и, как следствие, изменит структуру и порядок цепи ДНК.

Воздействие ультрафиолета и других видов излучения может вызвать мутацию и повреждение ДНК. Радиация также может изменить связи вдоль цепи ДНК в пиримидинах и заставить их связываться друг с другом, создавая димер. [ 108 ]

У многих прокариот и растений эти связи восстанавливаются с помощью фермента репарации ДНК фотолиазы. Как следует из префикса, фотолиаза восстанавливает прядь за счет света. Фотолиаза работает со своим кофактором FADH , флавинадениндинуклеотидом, восстанавливая ДНК. Фотолиаза возбуждается видимым светом и переносит электрон на кофактор FADH. ФАДГ, теперь обладающий дополнительным электроном, передает электрон димеру, чтобы разорвать связь и восстановить ДНК. Электроны туннелируют от ФАДГ к димеру . Хотя диапазон этого туннелирования намного шире, чем это возможно в вакууме, туннелирование в этом сценарии называется «туннелированием, опосредованным суперобменом», и оно возможно из-за способности белка увеличивать скорость туннелирования электрона. [ 105 ]

Другие квантовые явления в биологических системах включают преобразование химической энергии в движение. [ 109 ] и броуновские моторы во многих клеточных процессах. [ 110 ]

Лженаука

[ редактировать ]

Наряду с многочисленными направлениями научных исследований в области квантовой механики появился несвязанный псевдонаучный интерес; это заставило ученых осторожно подходить к квантовой биологии. [ 111 ]

Такие гипотезы, как организованная объективная редукция , постулирующая связь между квантовой механикой и сознанием, вызвали критику со стороны научного сообщества, причем некоторые назвали ее псевдонаучной и «оправданием шарлатанства». [ 112 ]

  1. ^ Кристиансен, Анита. «Будущее квантовой биологии | Королевское общество» . royalsociety.org . Проверено 11 июля 2022 г.
  2. ^ Квантовая биология . Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн, группа теоретической и вычислительной биофизики.
  3. ^ Квантовая биология: мощные компьютерные модели раскрывают ключевой биологический механизм Science Daily, получено 14 октября 2007 г.
  4. ^ Перейти обратно: а б Брукс, Джей Си (май 2017 г.). «Квантовые эффекты в биологии: золотое правило ферментов, обоняния, фотосинтеза и магнитодетекции» . Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 473 (2201): 20160822. Бибкод : 2017RSPSA.47360822B . дои : 10.1098/rspa.2016.0822 . ПМЦ   5454345 . ПМИД   28588400 .
  5. ^ Аль-Халили, Джим (24 августа 2015 г.), Как квантовая биология может объяснить самые важные вопросы жизни , получено 7 декабря 2018 г.
  6. ^ Брукс, Дженнифер С. (май 2017 г.). «Квантовые эффекты в биологии: золотое правило ферментов, обоняния, фотосинтеза и магнитодетекции» . Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 473 (2201): 20160822. Бибкод : 2017RSPSA.47360822B . дои : 10.1098/rspa.2016.0822 . ISSN   1364-5021 . ПМЦ   5454345 . ПМИД   28588400 .
  7. ^ Гох, Бей Хинг; Тонг, Энг Сианг; Пуспараджа, Прия (2020). «Квантовая биология: является ли квантовая физика ключом к революции в медицине?» . Прогресс в открытии лекарств и биомедицинской науке . 3 . дои : 10.36877/pddbs.a0000130 .
  8. ^ Маргулис, Линн ; Саган, Дорион (1995). Что такое жизнь? . Беркли: Издательство Калифорнийского университета. п. 1. ISBN  978-0684810874 .
  9. ^ Хоаким, Лейла; Фрейра, Оливал; Эль-Хани, Шарбель (сентябрь 2015 г.). «Квантовые исследователи: Бор, Джордан и Дельбрюк углубляются в биологию». Физика в перспективе . 17 (3): 236–250. Бибкод : 2015PhP....17..236J . дои : 10.1007/s00016-015-0167-7 . S2CID   117722573 .
  10. ^ Лёвдин, Пер-Олов (1966). «Квантовая генетика и апериодическое твердое тело: некоторые аспекты биологических проблем наследственности, мутаций, старения и опухолей с точки зрения квантовой теории молекулы ДНК». Достижения квантовой химии . 2 : 213–360. дои : 10.1016/S0065-3276(08)60076-3 . S2CID   94362884 .
  11. ^ Перейти обратно: а б Davydov, Alexander S. (1979). Биология и Квантовая Механика [Biology and Quantum Mechanics] (in Russian). Kyiv : Naukova Dumka . OCLC  736440 .
  12. ^ Перейти обратно: а б Давыдов, Александр Сергеевич (1982). Биология и квантовая механика . Оксфорд: Пергамон Пресс . ISBN  9780080263922 . OCLC   7875407 .
  13. ^ Маркус, РА (май 1956 г.). «К теории окислительно-восстановительных реакций с переносом электрона. I» . Журнал химической физики . 24 (5): 966–978. Бибкод : 1956ЖЧФ..24..966М . дои : 10.1063/1.1742723 . ISSN   0021-9606 . S2CID   16579694 .
  14. ^ «Редакция». Исследования фотосинтеза . 22 (1): 1 января 1989 г. Бибкод : 1989PhoRe..22....1. . дои : 10.1007/BF00114760 . ПМИД   24424672 . S2CID   264017354 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Грей, HB; Винклер, младший (август 2003 г.). «Туннелирование электронов через белки». Ежеквартальные обзоры биофизики . 36 (3): 341–372. дои : 10.1017/S0033583503003913 . ПМИД   15029828 . S2CID   28174890 .
  16. ^ Апте, С. П. Квантовая биология: использование последних рубежей нанотехнологий с помощью модифицированных наполнителей и пищевых ингредиентов , J. Наполнители и пищевые химикаты, 5 (4), 177–183, 2014 г.
  17. ^ Гликман, Майкл Х.; Уайзман, Джеффри С.; Клинман, Джудит П. (январь 1994 г.). «Чрезвычайно большие изотопные эффекты в реакции липоксигеназы сои и линолевой кислоты» . Журнал Американского химического общества . 116 (2): 793–794. дои : 10.1021/ja00081a060 . ISSN   0002-7863 .
  18. ^ Нагель, З.Д.; Клинман, JP (август 2006 г.). «Туннелирование и динамика ферментативного переноса гидрида». Химические обзоры . 106 (8): 3095–3118. дои : 10.1002/chin.200643274 . ПМИД   16895320 .
  19. ^ Гриффитс, Дэвид Дж. (2005). Введение в квантовую механику (2-е изд.). Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN  0-13-111892-7 . OCLC   53926857 .
  20. ^ Масграу, Лаура; Ружейникова, Анна; Йоханниссен, Линус О.; и др. (апрель 2006 г.). «Атомное описание ферментативной реакции, в которой преобладает туннелирование протонов». Наука . 312 (5771): 237–241. Бибкод : 2006Sci...312..237M . дои : 10.1126/science.1126002 . ПМИД   16614214 . S2CID   27201250 .
  21. ^ Зеваил, Ахмед Х. (2008). Физическая биология: от атомов к медицине . Лондон, Великобритания: Издательство Имперского колледжа. ISBN  978-1-84816-201-3 . OCLC   294759396 .
  22. ^ Нагель, З.Д.; Клинман, JP (август 2006 г.). «Туннелирование и динамика ферментативного переноса гидрида». Химические обзоры . 106 (8): 3095–3118. дои : 10.1021/cr050301x . ПМИД   16895320 .
  23. ^ Пан, Ин-Си; Садер, Касим; Пауэлл, Джонатан Дж.; и др. (апрель 2009 г.). «3D-морфология минерального ядра ферритина печени человека: новые доказательства структуры субъединиц, выявленные с помощью одночастичного анализа изображений HAADF-STEM» . Журнал структурной биологии . 166 (1): 22–31. дои : 10.1016/j.jsb.2008.12.001 . ISSN   1047-8477 . ПМЦ   2832756 . ПМИД   19116170 .
  24. ^ Вольщак, Мариан; Гайда, Джоанна (17 августа 2010 г.). «Высвобождение железа из ферритина, вызванное светом и ионизирующим излучением» . Исследования химических промежуточных продуктов . 36 (5): 549–563. дои : 10.1007/s11164-010-0155-0 . ISSN   0922-6168 . S2CID   97639082 .
  25. ^ Ватт, Джорджия; Джейкобс, Д.; Франкель, РБ (октябрь 1988 г.). «Окислительно-восстановительная реактивность ферритина бактерий и млекопитающих: является ли вход восстановителя во внутреннюю часть ферритина необходимым шагом для высвобождения железа?» . Труды Национальной академии наук . 85 (20): 7457–7461. Бибкод : 1988PNAS...85.7457W . дои : 10.1073/pnas.85.20.7457 . ISSN   0027-8424 . ПМК   282210 . ПМИД   2845407 .
  26. ^ Авшалом, Д.Д.; Смит, Дж. Ф.; Гринштейн, Г.; ДиВинченцо, ДП; Лосс, Д. (18 мая 1992 г.). «Макроскопическое квантовое туннелирование в магнитных белках». Письма о физических отзывах . 68 (20): 3092–3095. Бибкод : 1992PhRvL..68.3092A . дои : 10.1103/physrevlett.68.3092 . ISSN   0031-9007 . ПМИД   10045605 .
  27. ^ Сюй, Дегао; Ватт, Джеральд Д.; Харб, Джон Н.; Дэвис, Роберт К. (25 марта 2005 г.). «Электрическая проводимость ферритиновых белков с помощью кондуктивной АСМ». Нано-буквы . 5 (4): 571–577. Бибкод : 2005NanoL...5..571X . дои : 10.1021/nl048218x . ISSN   1530-6984 . ПМИД   15826089 .
  28. ^ Кумар, Каруппаннан Сентил; Пасула, Рупали Редди; Лим, Сиерин; Нейхаус, Кристиан А. (28 декабря 2015 г.). «Процессы туннелирования на большие расстояния через соединения на основе ферритина». Продвинутые материалы . 28 (9): 1824–1830. дои : 10.1002/adma.201504402 . ISSN   0935-9648 . ПМИД   26708136 . S2CID   2238319 .
  29. ^ Каруппаннан, Сентил Кумар; Пасула, Рупали Редди; Хернг, Тун Сенг; и др. (20 мая 2021 г.). «Туннельное магнитосопротивление при комнатной температуре через биомолекулярные туннельные переходы на основе ферритина» . Физический журнал: Материалы . 4 (3): 035003. Бибкод : 2021JPhM....4c5003K . дои : 10.1088/2515-7639/abfa79 . hdl : 10261/265689 . ISSN   2515-7639 . S2CID   235284565 .
  30. ^ Михайлик, Ольга; Тёрёк, Дьюла; Дудченко, Александр; и др. (май 2004 г.). «О магнитном упорядочении белков-запасов железа в тканях». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 272–276: 2422–2423. Бибкод : 2004JMMM..272.2422M . дои : 10.1016/j.jmmm.2003.12.472 . ISSN   0304-8853 .
  31. ^ Тулан, Дэниел Т.В.; Вейр, Майкл П.; Килбрайд, Рэйчел С.; и др. (2020). «Управление структурой нанокомпозитов органический полупроводник – квантовые точки посредством химии лигандных оболочек» . Мягкая материя . 16 (34): 7970–7981. Бибкод : 2020SMat...16.7970T . дои : 10.1039/d0sm01109f . ISSN   1744-683X . ПМИД   32766663 . S2CID   221075538 .
  32. ^ Кувенховен, Лео П.; Маркус, Чарльз М.; МакЮэн, Пол Л.; и др. (1997), «Перенос электронов в квантовых точках», Мезоскопический транспорт электронов , Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 105–214, номер домена : 10.1007/978-94-015-8839-3_4 , ISBN.  978-90-481-4906-3
  33. ^ Юань, Чжэнь; Атанасов, Пламен; Алсмади, Абдель М.; и др. (15 апреля 2006 г.). «Магнитные свойства самоорганизующихся массивов с ферритиновыми сердечниками». Журнал прикладной физики . 99 (8): 08Q509. Бибкод : 2006JAP....99hQ509Y . дои : 10.1063/1.2172546 . ISSN   0021-8979 .
  34. ^ Бера, Судипта; Колай, Джаита; Праманик, Паллаби; и др. (2019). «Твердотельный перенос электронов на большие расстояния через мультислои ферритина». Журнал химии материалов C. 7 (29): 9038–9048. дои : 10.1039/c9tc01744e . ISSN   2050-7526 . S2CID   198849306 .
  35. ^ Рурк, Кристофер; Хуан, Юнбо; Чен, Минцзин; Шен, Цай (12 августа 2021 г.). «Признак сильно коррелированного электронного транспорта и изолятора Мотта в неупорядоченных многослойных ферритиновых структурах (DMFS)» . Материалы . 14 (16): 4527. Бибкод : 2021Mate...14.4527R . дои : 10.3390/ma14164527 . ISSN   1996-1944 гг . ПМЦ   8399281 . ПМИД   34443050 .
  36. ^ Лабра-Муньос, Жаклин А.; де Реувер, Арье; Кулеман, Фрисо; Хубер, Мартина; ван дер Зант, Херре С.Дж. (15 мая 2022 г.). «Одноэлектронные устройства на основе ферритина» . Биомолекулы . 12 (5): 705. дои : 10.3390/biom12050705 . ISSN   2218-273X . ПМЦ   9138424 . ПМИД   35625632 .
  37. ^ Зулу, Майкл З.; Мартинес, Фернандо О.; Гордон, Саймон; Грей, Клайв М. (2019). «Неуловимая роль плацентарных макрофагов: клетка Хофбауэра» . Журнал врожденного иммунитета . 11 (6): 447–456. дои : 10.1159/000497416 . ISSN   1662-811X . ПМК   6758944 . ПМИД   30970346 . S2CID   108293800 .
  38. ^ Рурк, Кристофер Дж. (май 2019 г.). «Индикация квантово-механического транспорта электронов в ткани черной субстанции человека на основе анализа кондуктивной атомно-силовой микроскопии» . Биосистемы . 179 : 30–38. Бибкод : 2019BiSys.179...30R . doi : 10.1016/j.biosystems.2019.02.003 . ISSN   0303-2647 . ПМИД   30826349 . S2CID   73509918 .
  39. ^ Фридрих, И.; Рейманн, К.; Янкун, С.; и др. (22 марта 2021 г.). «Количественное картирование железа на срезах мозга с помощью иммуно-µPIXE у здоровых пожилых людей и при болезни Паркинсона» . Acta Neuropathologica Communications . 9 (1): 47. дои : 10.1186/s40478-021-01145-2 . ISSN   2051-5960 . ПМЦ   7986300 . ПМИД   33752749 .
  40. ^ Зульцер, Дэвид; Кэссиди, Клиффорд; Хорга, Гильермо; и др. (10 апреля 2018 г.). «Обнаружение нейромеланина с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и его перспективность в качестве биомаркера болезни Паркинсона» . npj Болезнь Паркинсона . 4 (1): 11. дои : 10.1038/s41531-018-0047-3 . ISSN   2373-8057 . ПМЦ   5893576 . ПМИД   29644335 . S2CID   4736738 .
  41. ^ Сюн, Нянь; Хуан, Цзиньша; Чжан, Чжэньтао; и др. (18 ноября 2009 г.). «Стереотаксическая инфузия ротенона: надежная модель болезни Паркинсона на грызунах» . ПЛОС ОДИН . 4 (11): е7878. Бибкод : 2009PLoSO...4.7878X . дои : 10.1371/journal.pone.0007878 . ISSN   1932-6203 . ПМЦ   2774159 . ПМИД   19924288 .
  42. ^ Мюрден, К.Д. (1 сентября 1966 г.). «Ферритин в синовиальных клетках у больных ревматоидным артритом» . Анналы ревматических болезней . 25 (5): 387–401. дои : 10.1136/ard.25.5.387 . ISSN   0003-4967 . ПМЦ   2453468 . ПМИД   4161916 .
  43. ^ ОРИНО, Коити; ЛЕМАН, Лори; ЦУДЗИ, Ёсиаки; и др. (25 июня 2001 г.). «Ферритин и реакция на окислительный стресс» . Биохимический журнал . 357 (1): 241–247. дои : 10.1042/bj3570241 . ISSN   0264-6021 . ПМК   1221947 . ПМИД   11415455 .
  44. ^ Аронова Мария Александровна; Но, Сын Дже; Чжан, Гофэн; Бирнс, Коллин; Мейер, Эмили Рим; Ким, Янг К.; Липман, Ричард Д. (август 2021 г.). «Использование двухэлектронных зондов раскрывает роль ферритина как депо железа в эритропоэзе ex vivo» . iScience . 24 (8): 102901. Бибкод : 2021iSci...24j2901A . дои : 10.1016/j.isci.2021.102901 . ISSN   2589-0042 . ПМЦ   8355919 . ПМИД   34401678 .
  45. ^ Гарг, Маянк; Вишвакарма, Нилам; Шарма, Амит Л.; Сингх, Суман (8 июля 2021 г.). «Квантовые точки графена, функционализированные амином, для флуоресцентного иммунозондирования ферритина». ACS Прикладные наноматериалы . 4 (7): 7416–7425. дои : 10.1021/acsanm.1c01398 . ISSN   2574-0970 . S2CID   237804893 .
  46. ^ Клоппинг, Х.Л. (май 1971 г.). «Обонятельные теории и запахи малых молекул». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 19 (5): 999–1004. дои : 10.1021/jf60177a002 . ПМИД   5134656 .
  47. ^ Дайсон, Малкольм Г. (9 июля 1938 г.). «Научное обоснование запаха». Журнал Общества химической промышленности . 57 (28): 647–651. дои : 10.1002/jctb.5000572802 .
  48. ^ Перейти обратно: а б с Турин, Л. (декабрь 1996 г.). «Спектроскопический механизм первичной обонятельной рецепции» . Химические чувства . 21 (6): 773–791. дои : 10.1093/chemse/21.6.773 . ПМИД   8985605 .
  49. ^ «Форма и вибрация запаха, вероятно, приводят к удовлетворению обоняния» . Проверено 8 ноября 2018 г.
  50. ^ Бак, Линда; Аксель, Ричард (5 апреля 1991 г.). «Новое мультигенное семейство может кодировать рецепторы запаха: молекулярная основа распознавания запахов» (PDF) . Клетка . 65 (1): 175–187. дои : 10.1016/0092-8674(91)90418-x . ПМИД   1840504 . Архивировано из оригинала 29 августа 2017 года . Проверено 7 ноября 2018 г. {{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  51. ^ Блок, Эрик; Батиста, Виктор С.; Мацунами, Хироаки; Чжуан, Ханьи; Ахмед, Лаки (май 2017 г.). «Роль металлов в обонянии низкомолекулярных сераорганических соединений млекопитающих» . Отчеты о натуральных продуктах . 34 (5): 529–557. дои : 10.1039/c7np00016b . ПМЦ   5542778 . ПМИД   28471462 .
  52. ^ Келлер, А.; Восшалл, Л.Б. (апрель 2004 г.). «Психофизическая проверка вибрационной теории обоняния». Природная неврология . 7 (4): 337–338. дои : 10.1038/nn1215 . ПМИД   15034588 . S2CID   1073550 .
  53. ^ Джонсон, PJM; Фараг, Миннесота; Халпин, А.; и др. (апрель 2017 г.). «Первичная фотохимия зрения происходит на пределе молекулярной скорости» (PDF) . Журнал физической химии Б. 121 (16): 4040–4047. дои : 10.1021/acs.jpcb.7b02329 . ПМИД   28358485 . S2CID   4837083 .
  54. ^ Шенляйн, RW; Петеану, Луизиана; Мэтис, РА; Шанк, CV (октябрь 1991 г.). «Первый шаг к видению: фемтосекундная изомеризация родопсина». Наука . 254 (5030): 412–415. Бибкод : 1991Sci...254..412S . дои : 10.1126/science.1925597 . ПМИД   1925597 .
  55. ^ Гиббс, Филип. «Человеческий глаз и одиночные фотоны» . math.ucr.edu . Проверено 5 ноября 2018 г.
  56. ^ Лулакис, М.; Блатсиос, Г.; Вретту, CS; Коминис, ИК (2017). «Квантовая биометрия с подсчетом фотонов сетчатки». Применена физическая проверка . 8 (4): 044012. arXiv : 1704.04367 . Бибкод : 2017PhRvP...8d4012L . doi : 10.1103/PhysRevApplied.8.044012 . S2CID   119256067 .
  57. ^ Новые технологии из arXiv. «Уникальный способ, которым ваши глаза обнаруживают фотоны, может быть использован для подтверждения вашей личности, говорят физики» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 8 ноября 2018 г.
  58. ^ Матис, Пол (декабрь 2000 г.). «Фотосинтез Д. О. Холла и К. К. Рао, Кембридж, Кембридж, CB2 2RU, Великобритания, ISBN 0 521 64257 4, 35 фунтов стерлингов, University Press». Наука о растениях . 160 (1): 179–180. дои : 10.1016/s0168-9452(00)00371-x . ISSN   0168-9452 .
  59. ^ Суми, Хитоши (январь 2001 г.). «Бактериальный фотосинтез начинается с квантово-механической когерентности». Химическая запись . 1 (6): 480–493. дои : 10.1002/tcr.10004 . ISSN   1527-8999 . ПМИД   11933253 .
  60. ^ Локштейн, Хейко; Ренгер, Гернот; Гетце, Ян П. (январь 2021 г.). «Фотосинтетические светособирающие (антенные) комплексы — структуры и функции» . Молекулы . 26 11):3378.doi : ( 10,3390/молекулы26113378 . ISSN   1420-3049 . ПМК   8199901 . ПМИД   34204994 .
  61. ^ Готал, Якуб; Манчал, Томас; Аугулис, Рамунас; Вача, Франтишек; Пшенчик, Якуб; Зигмантас, Донатас (июль 2012 г.). «Двумерная электронная спектроскопия обнаруживает сверхбыструю диффузию энергии в хлоросомах». Журнал Американского химического общества . 134 (28): 11611–11617. дои : 10.1021/ja3025627 . ПМИД   22690836 .
  62. ^ Керен, Нир; Палтиэль, Йоси (июнь 2018 г.). «Фотосинтетическая передача энергии на границе квантовой и классической энергии». Тенденции в науке о растениях . 23 (6): 497–506. doi : 10.1016/j.tplants.2018.03.007 . ISSN   1360-1385 . ПМИД   29625851 . S2CID   4644544 .
  63. ^ Кассал, Иван; Юэнь-Чжоу, Джоэл; Рахими-Кешари, Салех (7 февраля 2013 г.). «Улучшает ли когерентность транспорт при фотосинтезе?» . Журнал физической химии . 4 (3): 362–367. arXiv : 1210.5022 . дои : 10.1021/jz301872b . ISSN   1948-7185 . ПМИД   26281724 . S2CID   7074341 .
  64. ^ Керен, Нир; Палтиэль, Йоси (июнь 2018 г.). «Фотосинтетическая передача энергии на границе квантовой и классической энергии». Тенденции в науке о растениях . 23 (6): 497–506. doi : 10.1016/j.tplants.2018.03.007 . ISSN   1360-1385 . ПМИД   29625851 . S2CID   4644544 .
  65. ^ Энгель, Грегори С.; Калхун, Тесса Р.; Прочтите, Элизабет Л.; Ан, Тэ-Гю; Манчал, Томаш; Ченг, Юань-Чунг; и др. (апрель 2007 г.). «Доказательства волнообразной передачи энергии посредством квантовой когерентности в фотосинтетических системах» (PDF) . Природа . 446 (7137): 782–786. Бибкод : 2007Natur.446..782E . дои : 10.1038/nature05678 . ПМИД   17429397 . S2CID   13865546 .
  66. ^ Коллини, Элизабетта; Вонг, Кэти Ю.; Уилк, Кристина Э.; Курми, Пол М.Г.; Брюмер, Пол; Скоулз, Грегори Д. (февраль 2010 г.). «Когерентно организованный сбор света фотосинтезирующими морскими водорослями при температуре окружающей среды». Природа . 463 (7281): 644–647. Бибкод : 2010Natur.463..644C . дои : 10.1038/nature08811 . ПМИД   20130647 . S2CID   4369439 .
  67. ^ Темпелаар, Р.; Янсен, TLC; Кнестер, Дж. (ноябрь 2014 г.). «Вибрационные биения скрывают свидетельства электронной когерентности в светособирающем комплексе ФМО». Журнал физической химии Б. 118 (45): 12865–12872. дои : 10.1021/jp510074q . ПМИД   25321492 .
  68. ^ Кристенссон, Никлас; Кауфманн, Харальд Ф.; Пуллеритс, Тыну; Манчал, Томаш (июнь 2012 г.). «Происхождение долгоживущих когерентностей в светособирающих комплексах» . Журнал физической химии Б. 116 (25): 7449–7454. arXiv : 1201.6325 . Бибкод : 2012arXiv1201.6325C . дои : 10.1021/jp304649c . ПМЦ   3789255 . ПМИД   22642682 .
  69. ^ Буткус, Витаутас; Зигмантас, Донатас; Валкунас, Леонас; Абрамавичус, Дариус (2012). «Колебательная и электронная когерентности в 2D-спектре молекулярных систем». Письма по химической физике . 545 : 40–43. arXiv : 1201.2753 . Бибкод : 2012CPL...545...40B . дои : 10.1016/j.cplett.2012.07.014 . ISSN   0009-2614 . S2CID   96663719 .
  70. ^ Тивари, Вивек; Питерс, Уильям К.; Джонас, Дэвид М. (24 декабря 2012 г.). «Электронный резонанс с антикоррелированными вибрациями пигментов управляет фотосинтетической передачей энергии за пределами адиабатической структуры» . Труды Национальной академии наук . 110 (4): 1203–1208. дои : 10.1073/pnas.1211157110 . ISSN   0027-8424 . ПМК   3557059 . ПМИД   23267114 .
  71. ^ Тирхауг, Эрлинг; Жидек, Карел; Достал, Якуб; Бина, Дэвид; Зигмантас, Донатас (май 2016 г.). «Экситонная структура и перенос энергии в комплексе Фенны-Мэтьюза-Олсона» . Журнал физической химии . 7 (9): 1653–1660. doi : 10.1021/acs.jpclett.6b00534 . ПМИД   27082631 . S2CID   26355154 .
  72. ^ Фуджихаси, Юта; Флеминг, Грэм Р.; Исидзаки, Акихито (июнь 2015 г.). «Влияние флуктуаций, вызванных окружающей средой, на квантово-механически смешанные электронные и колебательные пигментные состояния при фотосинтетической передаче энергии и двумерных электронных спектрах». Журнал химической физики . 142 (21): 212403. arXiv : 1505.05281 . Бибкод : 2015JChPh.142u2403F . дои : 10.1063/1.4914302 . ПМИД   26049423 . S2CID   1082742 .
  73. ^ Перейти обратно: а б Марэ, Адриана; Адамс, Бетони; Рингсмут, Эндрю К.; и др. (ноябрь 2018 г.). «Будущее квантовой биологии» . Журнал Королевского общества, Интерфейс . 15 (148): 20180640. doi : 10.1098/rsif.2018.0640 . ПМК   6283985 . ПМИД   30429265 .
  74. ^ Мохсени, Масуд; Ребентрост, Патрик; Ллойд, Сет; Аспуру-Гузик, Алан (ноябрь 2008 г.). «Квантовые блуждания с участием окружающей среды в фотосинтетической передаче энергии». Журнал химической физики . 129 (17): 174106. arXiv : 0805.2741 . Бибкод : 2008JChPh.129q4106M . дои : 10.1063/1.3002335 . ПМИД   19045332 . S2CID   938902 .
  75. ^ Пленио, МБ; Уэльга, Сан-Франциско (01 ноября 2008 г.). «Транспорт с дефазировкой: квантовые сети и биомолекулы - IOPscience». Новый журнал физики . 10 (11): 113019. arXiv : 0807.4902 . Бибкод : 2008NJPh...10k3019P . дои : 10.1088/1367-2630/10/11/113019 . S2CID   12172391 .
  76. ^ Ллойд, С. (10 марта 2014 г.). Оптимальный транспорт энергии при фотосинтезе (Речь). От атомного к мезомасштабному: роль квантовой когерентности в системах различной сложности. Институт теоретической, атомной, молекулярной и оптической физики, Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, Кембридж, Массачусетс . Проверено 30 сентября 2019 г.
  77. ^ Ли, Х. (2009). «Квантовая когерентность, ускоряющая фотосинтетическую передачу энергии». Сверхбыстрые явления XVI . Серия Спрингера по химической физике. Том. 92. стр. 607–609. Бибкод : 2009up16.book..607L . дои : 10.1007/978-3-540-95946-5_197 . ISBN  978-3-540-95945-8 . Архивировано из оригинала 3 февраля 2021 года.
  78. ^ Вальшерс, Маттиа; Фернандес-де-Коссио Диас, Хорхе; Муле, Роберто; Бухляйтнер, Андреас (ноябрь 2013 г.). «Оптимально спроектированный квантовый транспорт через неупорядоченные сети». Письма о физических отзывах . 111 (18): 180601. arXiv : 1207.4072 . Бибкод : 2013PhRvL.111r0601W . doi : 10.1103/PhysRevLett.111.180601 . ПМИД   24237498 . S2CID   40710862 .
  79. ^ Халпин, А.; Джонсон, PJM; Темпелаар, Р.; Мерфи, РС; Кнестер, Дж.; Янсен, TLC; Миллер, RJD (март 2014 г.). «Двумерная спектроскопия молекулярного димера раскрывает влияние вибронной связи на когерентность экситонов». Природная химия . 6 (3): 196–201. Бибкод : 2014НатЧ...6..196H . дои : 10.1038/nchem.1834 . ПМИД   24557133 . S2CID   5059005 .
  80. ^ Дуань, Х.-Г.; Прохоренко В.И.; Когделл, Р.; Ашраф, К.; Стивенс, Алабама; Торварт, М.; Миллер, RJD (август 2017 г.). «Природа не полагается на долгоживущую электронную квантовую когерентность для фотосинтетической передачи энергии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (32): 8493–8498. arXiv : 1610.08425 . Бибкод : 2017PNAS..114.8493D . дои : 10.1073/pnas.1702261114 . ПМК   5559008 . ПМИД   28743751 .
  81. ^ Цао, Цзяньшу; Когделл, Ричард Дж.; Кокер, Дэвид Ф.; и др. (апрель 2020 г.). «Возвращение к квантовой биологии» . Достижения науки . 6 (14): eaaz4888. Бибкод : 2020SciA....6.4888C . дои : 10.1126/sciadv.aaz4888 . ПМК   7124948 . ПМИД   32284982 .
  82. ^ Уэльга, Сан-Франциско ; Пленио, МБ (1 июля 2013 г.). «Вибрации, кванты и биология». Современная физика . 54 (4): 181–207. arXiv : 1307.3530 . Бибкод : 2013ConPh..54..181H . дои : 10.1080/00405000.2013.829687 . ISSN   0010-7514 . S2CID   15030104 .
  83. ^ ДеВо, Д.; Шанс, Б. (ноябрь 1966 г.). «Исследование фотосинтеза с использованием импульсного лазера. I. Температурная зависимость скорости окисления цитохрома в хроме. Доказательства туннелирования» . Биофизический журнал . 6 (6): 825–847. Бибкод : 1966BpJ.....6..825D . дои : 10.1016/S0006-3495(66)86698-5 . ПМК   1368046 . ПМИД   5972381 .
  84. ^ Перейти обратно: а б Моровиц, Х. (1968). Поток энергии в биологии . Нью-Йорк и Лондон: Академическая пресса. стр. 55–56, 103–105, 116.
  85. ^ Хаяси, Томоюки; Стучебрухов, Алексей А. (12 мая 2011 г.). «Квантовое электронное туннелирование в дыхательном комплексе I» . Журнал физической химии Б. 115 (18): 5354–5364. дои : 10.1021/jp109410j . ISSN   1520-6106 . ПМК   4230448 . ПМИД   21495666 .
  86. ^ Хаграс, Мухаммад А.; Хаяси, Томоюки; Стучебрухов, Алексей А. (19 ноября 2015 г.). «Квантовые расчеты туннелирования электронов в дыхательном комплексе III». Журнал физической химии Б. 119 (46): 14637–14651. дои : 10.1021/acs.jpcb.5b09424 . ISSN   1520-6106 . ПМИД   26505078 .
  87. ^ Беннетт, Джеймс П.; Оньянго, Исаак Г. (февраль 2021 г.). «Энергия, энтропия и квантовое туннелирование протонов и электронов в митохондриях мозга: связь с митохондриальными нарушениями при возрастных заболеваниях мозга человека и терапевтические меры» . Биомедицины . 9 (2): 225. doi : 10.3390/biomedicines9020225 . ISSN   2227-9059 . ПМЦ   7927033 . ПМИД   33671585 .
  88. ^ «Квантовая теория», Единый Гранд-тур по теоретической физике, 2-е издание , Тейлор и Фрэнсис, стр. 123–145, 05 мая 2015 г., doi : 10.1201/noe0750306041-9 , ISBN  978-0-429-10829-7
  89. ^ Арндт, Маркус; Юффманн, Томас; Ведрал, Влатко (декабрь 2009 г.). «Квантовая физика встречается с биологией» . Журнал HFSP . 3 (6): 386–400. arXiv : 0911.0155 . дои : 10.2976/1.3244985 . ПМЦ   2839811 . ПМИД   20234806 .
  90. ^ Перейти обратно: а б Дэвис, ПК (январь 2008 г.). «Квантовое происхождение жизни?». Квантовые аспекты жизни . Издательство Имперского колледжа. стр. 3–18. дои : 10.1142/9781848162556_0001 . ISBN  978-1-84816-253-2 .
  91. ^ Давыдов, Александр Сергеевич (1973). «Теория сокращения белков при их возбуждении». Журнал теоретической биологии . 38 (3): 559–569. Бибкод : 1973JThBi..38..559D . дои : 10.1016/0022-5193(73)90256-7 . ПМИД   4266326 .
  92. ^ Давыдов, Александр Сергеевич (1977). «Солитоны и перенос энергии вдоль белковых молекул». Журнал теоретической биологии . 66 (2): 379–387. Бибкод : 1977JThBi..66..379D . дои : 10.1016/0022-5193(77)90178-3 . ПМИД   886872 .
  93. ^ Давыдов, Александр Сергеевич (1982). «Солитоны в квазиодномерных молекулярных структурах». Успехи советской физики . 25 (12): 898–918. дои : 10.1070/pu1982v025n12abeh005012 .
  94. ^ Скотт, Олвин К. (1985). «Давыдовские солитоны в полипептидах» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки . 315 (1533): 423–436. Бибкод : 1985RSPTA.315..423S . дои : 10.1098/rsta.1985.0049 . ОСТИ   6443952 . S2CID   86823456 .
  95. ^ Хор, Питер Дж .; Муритсен, Хенрик (апрель 2022 г.). «Квантовая природа миграции птиц» . Научный Американ : 24–29.
  96. ^ Перейти обратно: а б с Хор, П.Дж.; Муритсен, Хенрик (июль 2016 г.). «Радикально-парный механизм магниторецепции» . Ежегодный обзор биофизики . 45 (1): 299–344. doi : 10.1146/annurev-biophys-032116-094545 . ПМИД   27216936 . S2CID   7099782 .
  97. ^ Шультен, К.; Свенберг, CE; Веллер, А. (1978). «Биомагнитный сенсорный механизм, основанный на модулированном магнитным полем когерентном спиновом движении электронов: журнал физической химии». Журнал физической химии . 111 : 1–5. дои : 10.1524/зпч.1978.111.1.001 . S2CID   124644286 .
  98. ^ Коминис, ИК (2015). «Механизм радикальной пары как парадигма развивающейся науки квантовой биологии». Буквы современной физики Б. 29 : 1530013. arXiv : 1512.00450 . Бибкод : 2015MPLB...29S0013K . дои : 10.1142/S0217984915300136 . S2CID   119276673 .
  99. ^ Роджерс, Коннектикут (1 января 2009 г.). «Эффекты магнитного поля в химических системах» . Чистая и прикладная химия . 81 (1): 19–43. doi : 10.1351/PAC-CON-08-10-18 . ISSN   1365-3075 .
  100. ^ Штайнер, УЭ; Ульрих, Т. (1 января 1989 г.). «Эффекты магнитного поля в химической кинетике и родственных явлениях» . Химические обзоры . 89 (1): 51–147. дои : 10.1021/cr00091a003 . ISSN   0009-2665 .
  101. ^ Вудворд, младший (1 сентября 2002 г.). «Радикальные пары в растворе» . Прогресс в кинетике и механизме реакций . 27 (3): 165–207. дои : 10.3184/007967402103165388 . S2CID   197049448 .
  102. ^ Перейти обратно: а б Вильчко, Росвита; Ахмад, Маргарет; Ниснер, Кристина; Геринг, Деннис; Вильчко, Вольфганг (май 2016 г.). «Светозависимая магниторецепция у птиц: решающий этап происходит в темноте» . Журнал Королевского общества, Интерфейс . 13 (118): 20151010. doi : 10.1098/rsif.2015.1010 . ПМЦ   4892254 . ПМИД   27146685 .
  103. ^ Сюй, Цзинцзин; Джароша, Лорен Э.; Цолич, Тило; и др. (24 июня 2021 г.). «Магнитная чувствительность криптохрома 4 перелетной певчей птицы» . Природа . 594 (7864): 535–540. Бибкод : 2021Natur.594..535X . дои : 10.1038/s41586-021-03618-9 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   34163056 . S2CID   235625675 .
  104. ^ «ДНК и мутации» . Evolution.berkeley.edu . Проверено 5 ноября 2018 г.
  105. ^ Перейти обратно: а б Трикслер, Ф. (август 2013 г.). «Квантовое туннелирование к происхождению и эволюции жизни» . Современная органическая химия . 17 (16): 1758–1770. дои : 10.2174/13852728113179990083 . ПМЦ   3768233 . ПМИД   24039543 .
  106. ^ Слокомб, Л.; Аль-Халили, Джим С.; Сакки, М. (февраль 2021 г.). «Квантовые и классические эффекты в точечных мутациях ДНК: таутомерия Уотсона-Крика в парах оснований AT и GC» . Физическая химия Химическая физика . 23 (7): 4141–4150. Бибкод : 2021PCCP...23.4141S . дои : 10.1039/D0CP05781A . ПМИД   33533770 .
  107. ^ Слокомб, Луи; Сакки, Марко; Аль-Халили, Джим (5 мая 2022 г.). «Подход открытых квантовых систем к туннелированию протонов в ДНК» . Физика связи . 5 (1): 109. arXiv : 2110.00113 . Бибкод : 2022CmPhy...5..109S . дои : 10.1038/s42005-022-00881-8 . ISSN   2399-3650 . S2CID   238253421 .
  108. ^ Ю, С.Л.; Ли, СК (март 2017 г.). «Ультрафиолетовое излучение: повреждение, восстановление ДНК и заболевания человека». Молекулярная и клеточная токсикология . 13 (1): 21–28. дои : 10.1007/s13273-017-0002-0 . S2CID   27532980 .
  109. ^ Левин, Р.Д. (2005). Динамика молекулярных реакций . Издательство Кембриджского университета. стр. 16–18 . ISBN  978-0-521-84276-1 .
  110. ^ Круг, Харальд; Брюн, Харальд; Шмид, Гюнтер; и др. (2006). Нанотехнологии: оценка и перспективы . Спрингер-Верлаг. стр. 197–240. ISBN  978-3-540-32819-3 .
  111. ^ Аль-Халили, Джим; Лиллиу, Самуэле (2020). «Квантовая биология» . Научные видеопротоколы . 1 (1): 1–4. дои : 10.32386/scivpro.000020 . S2CID   240530837 .
  112. ^ Бир, Мартин (2010). «Квантовое сознание и другие жуткие мифы» (PDF) . Скептик : 40–43.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 2c17b56b2a311c3589df7095af3d2afc__1717324500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2c/fc/2c17b56b2a311c3589df7095af3d2afc.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Quantum biology - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)