Kvantebiologi

Kvantemekanikk anvendt innen biologi for eksempel lyshøsting i fotosyntesen som en kvantemekanisk prosess. Kvantebiologi og kvantekjemi er egentlig bare kvantefysikk anvendt på biologiske problemstillinger. Lysabsorbsjon og eksitasjon av π-elektroner i konjugerte karbon-karbon dobbeltbindinger i klorofyll, Frenkel eksiton og effektiv overføring av eksitasjonsenergi fra lyshøstende klorofyll (Förster resonansenergioverføring) til et reaksjonssenterklorofyll med ladningsseparasjon. Frenkel eksiton navn etter den russiske fysikeren Yakov Frenkel (1894-1952).   

Eksitasjonen fra det absorberte lyskvantet kan befinne seg i to kvantetilstander (superposisjon). Transport av elektroner og protoner gjennom elektrontransportkjeder i respirasjonskjeden i mitokondriene og fotosyntesens elektrontransportkjedet gjennom fotosystem 2 og fotosystem 1 er et annet eksempel hvor det er kvantemekaniske aspekter ved prosessen. Det samme gjelder i UV-skader i DNA og DNA-reparasjon via enzymet fotolyase.  Fotoisomerisering i cis-trans reaksjonen i retinal ved registrering av lyskvanter i synsprosessen.

Vibrasjonsenergi i frekvensområdet for varmestråling i overføring av luktsignaler som en omdiskutert alternativ teori til ligandbinding. Elektrontransport gjennom kvantetunneller i proteiner og enzymer, oveføring av vibrasjonsenergi i elektroner,  magnetoresepsjon i navigering, kvantevandring (tilsvarende virrevandring i klassisk fysikk) og protonhopping.   

Fenna-Matthews-Olson pigment-proteinkompleks fra grønne svovelbakterier undersøkt med røntgen-spektroskopi er blir brukt som modellsystem i studier av kvantebiologi i fotosyntesen. Deltar i overføring av eksitasjonsenergi i de lyshøstene antennekompleksene innleiret i membraner (klorosomer). Komplekset er en trimer, tre proteinmonomere som virker som stillasproteiner hvor hver monomer inneholder åtte bakterieklorofyllmolekyler hvor magnesium (Mg2+) i tetrapyrollringen er chelatert til histidin eller oksygen-vannbroer.

Litteratur

Brookes JC: Quantum effects in biology: golden rule in enzymes, olfaction, photosynthesis and magnetodetection. Proceedings. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 473 (2201) (2017) 20160822, doi:10.1098/rspa.2016.0822

Marais A, Adams B, Ringsmuth AK, et al.; The future of quantum biology. J R Soc Interface. 2018;15(148)( 2018)20180640,doi:10.1098/rsif.2018.0640

Tilbake til hovedside

Publisert 29. jan. 2022 11:36 - Sist endret 3. feb. 2022 09:51