يحدث عدد مذهل من الطفرات الجينية بفضل شذوذ في فيزياء الكم

(أندرو أونوفرينكو / مومنت / جيتي إيماجيس)

الأخطاء تحدث. خاصة عندما يتعلق الأمر بتكرار تسلسلات واسعة من الحمض النووي داخل خلايانا. إنه أمر جيد أيضًا. لولا الأخطاء في جيناتنا التي نشير إليها بالطفرات ، فإن الانتقاء الطبيعي سيكون أمرًا محظورًا ، وستموت الحياة في الماء.

على الرغم من أهمية الطفرات في كل شيء من المرض إلى التنوع البيولوجي ، فإننا لا نعرف سوى القليل عن فيزياء العملية.

أعادت النتائج التي توصلت إليها جامعة سري في المملكة المتحدة إحياء التكهنات بأن الدافع الأساسي وراء خفة اليد الكيميائية التي تستبدل تلقائيًا قاعدة مشفرة بأخرى هو الكم في الطبيعة.

على وجه التحديد ، يتمثل جزء مهم من عملية الطفرة في إزاحة الهيدروجين المفرد الذي يربط القواعد الجينية معًا لتكوين 'درجات' بنية سلم ملتوية للحمض النووي. يحدث هذا من خلال عملية حفر الأنفاق ، وكسر الروابط بين القواعد الجينية للجوانين والسيتوزين عبر مقاييس زمنية تسمح بتغييرات دائمة.

النفق الكميهي نتيجة طبيعية لعدم اليقين في خصائص الجسيم في ظل ظروف محصورة.

قم بالتكبير عن قرب على جسم دون ذري ، مثل البروتون ، ويصبح موضعه غامضًا بشكل متزايد.

يمكن للأشياء على هذا المقياس أن توجد نظريًا خارج حدود الحاجز المقيد ، ويبدو أنها 'تشق طريقًا' عبر الجدران بسهولة مثل شبح يتحرك عبر منزل مسكون.

على الرغم من أن الميزة الأساسية للواقع على المستوى الكمي ، فإن كيفية تشابك ميزات الجسيم مع الجسيمات الأخرى التي تتصارع في البيئات الدافئة والصاخبة تضمن عدم توسعها بسهولة في الكون الكلي.

أو هكذا افترضنا منذ فترة طويلة.

يتوقع علماء الأحياء عادةً أن تلعب الأنفاق دورًا مهمًا فقط في درجات الحرارة المنخفضة وفي أنظمة بسيطة نسبيًا ، يقول الكيميائي ماركو ساكي.

لذلك ، كانوا يميلون إلى استبعاد التأثيرات الكمية في الحمض النووي. من خلال دراستنا ، نعتقد أننا أثبتنا أن هذه الافتراضات لا تصمد.

تتحدى النمذجة النظرية للفريق للتغير في الروابط بين قواعد الجوانين والسيتوزين العديد من الافتراضات المحيطة بالكيمياء الكامنة وراء هذا الشكل الشائع من الطفرات.

منذ الأيام الأولى لدراسة هياكل وكيمياء الحمض النووي ، اعتقد العلماء أن السبب الرئيسي للطفرة هو انتقال الهيدروجين الذي يرتكز على خيوط الحمض النووي المتعارضة.

هذه الحركة يمكن أن تحول القاعدة إلى صقل - جزيء جديد له نفس الشكل السابق ولكن بتكوين دقيق ومختلف للعناصر.

يُعتقد أن الهيدروجين يقفز عبر الحدود بين الخيوط من خلال عملية تسمى نقل البروتون المزدوج ، وهو فعل يبدو بشكل مدهش وكأنه حدث نفقي كمي.

ومع ذلك ، وبغض النظر عن الافتراض القائل بأن الأنظمة البيولوجية شديدة السخونة والمشغولة لحدوث مثل هذا الحدث الكمي ، فإن أي نقل بروتون مزدوج يحدث من خلال هذه الطريقة يجب أن يتم تسويته بواسطة إنزيمات التحرير في الخلية.

بالنظر بعناية إلى الفيزياء الكامنة وراء العملية ، أوضح الباحثون في ظل ظروف درجة حرارة خلية نموذجية أن التأثيرات الكمومية يجب أن تتسبب في تحريك البروتونات ذهابًا وإيابًا بمعدل مرتفع ، مما يتسبب في تشويش القواعد في توتوميراتها.

نظرًا لأن الوقت الذي يتم قضاؤه كمشغل سريع الزوال ، فإن آلية النسخ التي تنسخ خيطًا من الحمض النووي لن تتعرف على وجودها بصعوبة.

ومع ذلك ، إذا أدت هذه العملية إلى نوع من عدم التوازن بين القواعد ، مما يؤدي إلى تغيير نسب القاعدة وشكلها بطريقة ما ، فمن المحتمل جدًا أن يتم تثبيت التحول في مكانه كطفرة.

والأكثر من ذلك ، من الناحية الرياضية ، أن وجود هذه النسخ الشبحية الشبحية لكل قاعدة يعد كبيرًا بما يكفي لأن تكون هذه الفئة المعينة من الطفرات أكثر شيوعًا مما ندرك.

سيستغرق الأمر تجارب مستقبلية لتأكيد التنبؤات التي تم إجراؤها في الدراسة ، خاصةً حول أشياء مثل معدلات قفز البروتون في درجات حرارة مختلفة.

يُترك أيضًا توضيح ما إذا كانت التأثيرات الكمومية تلعب دورًا في التغييرات الأخرى في أزواج القواعد أو حتى في أنواع الطفرات الأخرى.

يستيقظ علماء الأحياء ببطء على الدور الذي يلعبه عدم اليقين الكمي في مجموعة من العمليات الكيميائية الحيوية.

من الواضح بشكل متزايد أن حدود الكون الكمومي ليست صلبة كما نتخيل.

تم نشر هذا البحث في اتصالات الطبيعة .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.