Mekanika Kuantum Dapat Menjelaskan Mengapa DNA Dapat Bermutasi Secara Spontan

Molekul-molekul kehidupan, DNA , bereplikasi dengan presisi yang mencengangkan, namun proses ini tidak kebal terhadap kesalahan dan dapat menyebabkan mutasi. Dengan menggunakan pemodelan komputer yang canggih, tim fisikawan dan ahli kimia di University of Surrey telah menunjukkan bahwa kesalahan penyalinan seperti itu dapat muncul karena aturan aneh dunia kuantum.

Dua untai heliks ganda DNA yang terkenal dihubungkan bersama oleh partikel subatomik yang disebut proton – inti atom hidrogen – yang menyediakan lem yang mengikat molekul yang disebut basa bersama-sama. Apa yang disebut ikatan hidrogen ini seperti anak tangga bengkok yang membentuk struktur heliks ganda yang ditemukan pada tahun 1952 oleh James Watson dan Francis Crick berdasarkan karya Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins.

Biasanya, basa DNA ini (disebut A, C, T, dan G) mengikuti aturan ketat tentang bagaimana mereka terikat bersama: A selalu berikatan dengan T dan C selalu ke G. Pasangan ketat ini ditentukan oleh bentuk molekul, menyatukannya seperti potongan-potongan dalam teka-teki, tetapi jika sifat ikatan hidrogen sedikit berubah, ini dapat menyebabkan aturan pasangan rusak, yang menyebabkan basa yang salah dihubungkan dan karenanya terjadi mutasi. Meskipun diprediksi oleh Crick dan Watson, baru sekarang pemodelan komputasi yang canggih mampu mengukur proses secara akurat.

Tim, bagian dari program penelitian Surrey di bidang baru biologi kuantum yang menarik, telah menunjukkan bahwa modifikasi dalam ikatan antara untaian DNA ini jauh lebih lazim daripada yang diperkirakan sampai sekarang. Proton dapat dengan mudah melompat dari tempat biasanya di satu sisi penghalang energi untuk mendarat di sisi lain. Jika ini terjadi tepat sebelum kedua untai dibuka ritsletingnya pada langkah pertama proses penyalinan, maka kesalahan dapat melewati mesin replikasi di dalam sel, yang mengarah pada apa yang disebut ketidakcocokan DNA dan, berpotensi, mutasi.

Dalam makalah yang akan diterbitkan hari ini (5 Mei 2022) di jurnal Nature Communications Physics , tim Surrey yang berbasis di Pusat Pelatihan Doktor Biologi Quantum Leverhulme menggunakan pendekatan yang disebut sistem kuantum terbuka untuk menentukan mekanisme fisik yang mungkin menyebabkan proton. untuk melompat di antara untaian DNA. Tapi, yang paling menarik, berkat mekanisme kuantum yang terkenal namun hampir ajaib yang disebut tunneling - mirip dengan hantu yang melewati dinding padat - yang berhasil mereka lewati.

Sebelumnya telah diperkirakan bahwa perilaku kuantum seperti itu tidak dapat terjadi di dalam lingkungan sel hidup yang hangat, basah, dan kompleks. Namun, fisikawan Austria Erwin Schrödinger telah menyarankan dalam bukunya tahun 1944 What is Life? bahwa mekanika kuantum dapat berperan dalam sistem kehidupan karena mereka berperilaku agak berbeda dari benda mati. Karya terbaru ini tampaknya mengkonfirmasi teori Schrödinger.

Dalam studi mereka, penulis menentukan bahwa lingkungan seluler lokal menyebabkan proton, yang berperilaku seperti gelombang menyebar, diaktifkan secara termal dan didorong melalui penghalang energi. Faktanya, proton ditemukan terus menerus dan sangat cepat bergerak maju mundur di antara dua untai. Kemudian, ketika DNA dibelah menjadi untaian terpisah, beberapa proton terperangkap di sisi yang salah, yang menyebabkan kesalahan.

Dr. Louie Slocombe, yang melakukan perhitungan ini selama PhD-nya, menjelaskan bahwa:

“Proton dalam DNA dapat menembus sepanjang ikatan hidrogen dalam DNA dan memodifikasi basa yang mengkodekan informasi genetik. Basa yang dimodifikasi disebut "tautomer" dan dapat bertahan dari pembelahan DNA dan proses replikasi, menyebabkan "kesalahan transkripsi" atau mutasi.

Pekerjaan Dr. Slocombe di Pusat Pelatihan Doktor Biologi Quantum Biologi Surrey diawasi oleh Prof Jim Al-Khalili (Fisika, Surrey) dan Dr Marco Sacchi (Kimia, Surrey) dan diterbitkan dalam Fisika Komunikasi.

Prof Al-Khalili berkomentar:

“Watson dan Crick berspekulasi tentang keberadaan dan pentingnya efek mekanika kuantum dalam DNA lebih dari 50 tahun yang lalu, namun, mekanismenya sebagian besar telah diabaikan.”

Sacchi melanjutkan:

“Para ahli biologi biasanya mengharapkan tunneling memainkan peran penting hanya pada suhu rendah dan dalam sistem yang relatif sederhana. Oleh karena itu, mereka cenderung mengabaikan efek kuantum dalam DNA. Dengan penelitian kami, kami yakin kami telah membuktikan bahwa asumsi ini tidak berlaku.”

Demi untuk memenuhi kebutuhan para pembeli yang ingin, NagaPulsa.com menyediakan beberapa produk yang dibutuhkan berkaitan dengan Voucher Kuota via PayPal ini. Diantara lain adalah kuota indosat via paypal (freedom, freedom combo, unlimited, harian, mochan, yellow), kuota telkomsel via paypal (flash, combo sakti, ketengan, bulk, unlimited max), kuota axis via paypal (bronet, owsem, mochan), kuota xl via paypal (hotrod, combo lite, xtra, combo vip), kuota three via paypal (aon, v-tri, getmore), kuota smartfren via paypal (volume, unlimited, nonstop).