stringtranslate.com

Квантовая биология

Квантовая биология — это изучение приложений 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 преобразований, и являются квантово-механическими по своей природе. Такие процессы включают химические реакции , поглощение света , образование возбужденных электронных состояний , передачу энергии возбуждения и передачу 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] которые можно объяснить, сведя биологический процесс к фундаментальной физике , хотя эти эффекты трудно изучать и они могут быть спекулятивными. [5]

В настоящее время известно о четырех основных жизненных процессах, на которые влияют квантовые эффекты: ферментативный катализ, сенсорные процессы, перенос энергии и кодирование информации. [6]

История

Квантовая биология является развивающейся областью в том смысле, что большинство текущих исследований являются теоретическими и подлежат вопросам, которые требуют дальнейшего экспериментирования. Хотя эта область только недавно привлекла к себе внимание, она была концептуализирована физиками на протяжении всего 20-го века. Было высказано предположение, что квантовая биология может сыграть решающую роль в будущем медицинского мира. [7] Ранние пионеры квантовой физики видели применение квантовой механики в биологических проблемах. В книге Эрвина Шредингера 1944 года « Что такое жизнь? » обсуждались приложения квантовой механики в биологии. [8] Шредингер представил идею « апериодического кристалла », который содержал генетическую информацию в своей конфигурации ковалентных химических связей . Он также предположил, что мутации вводятся «квантовыми скачками». Другие пионеры Нильс Бор , Паскуаль Йордан и Макс Дельбрюк утверждали, что квантовая идея комплементарности была основополагающей для наук о жизни. [9] В 1963 году Пер-Олов Левдин опубликовал протонное туннелирование 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

Было высказано предположение, что ферменты используют квантовое туннелирование для переноса электронов в электронно-транспортных цепях . [13] [14] [15] Возможно, что четвертичные архитектуры белков могли адаптироваться для обеспечения устойчивой квантовой запутанности и когерентности , которые являются двумя ограничивающими факторами для квантового туннелирования в биологических объектах. [16] Эти архитектуры могут отвечать за большую долю квантовой передачи энергии, которая происходит посредством переноса электронов и туннелирования протонов (обычно в форме ионов водорода, H + ). [17] [18] Туннелирование относится к способности субатомной частицы проходить через потенциальные энергетические барьеры. [19] Эта способность частично обусловлена ​​принципом дополнительности , который гласит, что определенные вещества имеют пары свойств, которые не могут быть измерены по отдельности без изменения результата измерения. Частицы, такие как электроны и протоны, обладают корпускулярно-волновым дуализмом; они могут проходить через энергетические барьеры из-за своих волновых характеристик, не нарушая законов физики. Чтобы количественно оценить, как квантовое туннелирование используется во многих ферментативных видах деятельности, многие биофизики используют наблюдение за ионами водорода. Когда ионы водорода переносятся, это рассматривается как основной элемент в первичной энергетической сети обработки органеллы; другими словами, квантовые эффекты чаще всего работают в местах распределения протонов на расстояниях порядка ангстрема ( 1 Å). [20] [21] В физике полуклассический (SC) 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

Ферритин — это белок для хранения железа, который содержится в растениях и животных. Обычно он состоит из 24 субъединиц, которые самоорганизуются в сферическую оболочку толщиной около 2 нм с внешним диаметром, который меняется в зависимости от загрузки железа до примерно 16 нм. Внутри ядра оболочки может храниться до ~4500 атомов железа в состоянии окисления Fe3+ в виде нерастворимых в воде соединений, таких как ферригидрит и магнетит . [23] Ферритин способен хранить электроны в течение как минимум нескольких часов, что восстанавливает Fe3+ до водорастворимого Fe2+. [24] Электронное туннелирование как механизм, посредством которого электроны проходят через белковую оболочку толщиной 2 нм, было предложено еще в 1988 году. [25] Электронное туннелирование и другие квантово-механические свойства ферритина были обнаружены в 1992 году, [26] а электронное туннелирование при комнатной температуре и в условиях окружающей среды было обнаружено в 2005 году. [27] Электронное туннелирование, связанное с ферритином, является квантовым биологическим процессом, а ферритин является квантовым биологическим агентом.

Туннелирование электронов через ферритин между электродами не зависит от температуры, что указывает на то, что оно является в значительной степени когерентным и неактивационным. [28]  Расстояние туннелирования электронов является функцией размера ферритина. События туннелирования отдельных электронов могут происходить на расстоянии 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, были представлены в 2004 году, когда с помощью малоуглового рассеяния нейтронов (SANS) наблюдалось повышенное магнитное упорядочение структур ферритина в плацентарных макрофагах. [30] Твердые квантовые точки также демонстрируют повышенное магнитное упорядочение при тестировании SANS, [31] и могут проводить электроны на большие расстояния. [32] Также наблюдалось повышенное магнитное упорядочение ядер ферритина, расположенных в упорядоченном слое на кремниевой подложке при тестировании SANS. [33] Структуры ферритина, подобные тем, что находятся в плацентарных макрофагах, были протестированы в твердотельных конфигурациях и демонстрируют свойства, подобные свойствам твердого тела квантовых точек, проводящих электроны на расстояниях 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]

Проводящая атомно-силовая микроскопия ткани компактной части черной субстанции ( SNc) продемонстрировала доказательства туннелирования электронов между ядрами ферритина в структурах, которые коррелируют со слоями ферритина снаружи органелл нейромеланина . [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 предполагается, что они связаны с функцией нейронов. [42] Повышенная экспрессия ферритина снижает накопление активных форм кислорода (ROS) [43] и может действовать как катализатор, увеличивая способность электронов от антиоксидантов нейтрализовать ROS посредством электронного туннелирования. Ферритин также наблюдался в упорядоченных конфигурациях в лизосомах , связанных с эритропоэзом [44] , где он может быть связан с производством эритроцитов. Хотя прямых доказательств туннелирования, связанного с ферритином in vivo в живых клетках, пока не получено, это может быть возможно сделать с помощью КТ, помеченных антиферритином, который должен испускать фотоны, если электроны, хранящиеся в ядре ферритина, туннелируют в КТ. [45]

Сенсорные процессы

Обоняние

Обоняние, чувство запаха, можно разделить на две части: прием и обнаружение химического вещества, и то, как это обнаружение отправляется в мозг и обрабатывается им. Этот процесс обнаружения одоранта все еще находится под вопросом. Одна теория, называемая « теорией формы обоняния », 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 обнаруживают вибрацию молекул, которые достигают их, и «запах» обусловлен различными частотами колебаний, эту теорию уместно назвать «теорией вибрации обоняния».

Вибрационная теория обоняния , созданная в 1938 году Малкольмом Дайсоном [47], но обновленная Лукой Турином в 1996 году [48], предполагает, что механизм обоняния обусловлен рецепторами G-белка, которые обнаруживают молекулярные колебания из-за неупругого туннелирования электронов, туннелирования, при котором электрон теряет энергию, через молекулы. [48] В этом процессе молекула заполняет место связывания с рецептором G-белка . После связывания химического вещества с рецептором, химическое вещество затем действует как мост, позволяющий электрону передаваться через белок. Когда электрон переходит через то, что в противном случае было бы барьером, он теряет энергию из-за вибрации недавно связанной молекулы с рецептором. Это приводит к способности чувствовать запах молекулы. [48] [4]

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

Зрение

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

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

Передача энергии

Фотосинтез

Общий фотосистемный комплекс
Комплекс антенн, обнаруженный в фотосистемах как прокариот, так и эукариот
Схема комплекса FMO. Свет возбуждает электроны в антенне. Затем возбуждение передается через различные белки в комплексе FMO в реакционный центр для дальнейшего фотосинтеза.

Фотосинтез относится к биологическому процессу, который фотосинтетические клетки используют для синтеза органических соединений из неорганических исходных материалов с использованием солнечного света. [58] Что было в первую очередь замешано как проявление нетривиального квантового поведения, так это стадия световой реакции фотосинтеза. На этой стадии фотоны поглощаются мембраносвязанными фотосистемами . Фотосистемы содержат два основных домена: комплекс сбора света (антенны) и реакционный центр . Эти антенны различаются у разных организмов. Например, бактерии используют кольцевые агрегаты пигментов хлорофилла, в то время как растения используют встроенные в мембрану белковые и хлорофилловые комплексы. [59] [60] Независимо от этого, фотоны сначала захватываются антеннами и передаются в комплекс реакционного центра. Различные комплексы пигмент-белок, такие как комплекс FMO у зеленых серных бактерий, отвечают за передачу энергии от антенн к месту реакции. Возбуждение комплекса реакционного центра, вызванное фотоном, опосредует окисление и восстановление первичного акцептора электронов, компонента комплекса реакционного центра. Подобно цепи переноса электронов митохондрий, линейная серия окислений и восстановлений управляет прокачкой протонов (H+) через тилакоидную мембрану, развитием движущей силы протона и энергетической связью с синтезом АТФ .

Предыдущие понимания переноса электронного возбуждения (EET) от антенн, собирающих свет, к реакционному центру основывались на теории некогерентного EET Фёрстера, постулирующей слабую электронную связь между хромофорами и некогерентные прыжки от одного к другому. Эта теория была в значительной степени опровергнута экспериментами по электронной спектроскопии FT , которые показывают поглощение и перенос электронов с эффективностью более 99% [61] , что не может быть объяснено классическими механическими моделями. Вместо этого еще в 1938 году ученые предположили, что квантовая когерентность является механизмом переноса энергии возбуждения. Действительно, структура и природа фотосистемы помещают ее в квантовую область, при этом EET варьируется от фемто- до наносекундного масштаба, охватывая расстояния от субнанометра до нанометра. [62] Эффекты квантовой когерентности на EET в фотосинтезе лучше всего понимаются через когерентность состояний и процессов. Когерентность состояния относится к степени индивидуальных суперпозиций основного и возбужденного состояний для квантовых сущностей, таких как экситоны . Когерентность процесса, с другой стороны, относится к степени связи между несколькими квантовыми сущностями и их эволюцией, как доминируемой унитарными или диссипативными частями, которые конкурируют друг с другом. Оба эти типа когерентности вовлечены в фотосинтетический EET, где экситон когерентно делокализован по нескольким хромофорам. [63] Эта делокализация позволяет системе одновременно исследовать несколько энергетических путей и использовать конструктивную и деструктивную интерференцию для направления пути волнового пакета экситона. Предполагается, что естественный отбор благоприятствовал наиболее эффективному пути к реакционному центру. Экспериментально взаимодействие между волновыми пакетами различных частот, ставшее возможным благодаря долгоживущей когерентности, будет производить квантовые биения . [64]

Хотя квантовый фотосинтез все еще является новой областью, было получено много экспериментальных результатов, которые подтверждают понимание квантовой когерентности фотосинтетического EET. Исследование 2007 года заявило об идентификации электронной квантовой когерентности [65] при −196 °C (77 K). Другое теоретическое исследование 2010 года [ which? ] предоставило доказательства того, что квантовая когерентность сохраняется до 300 фемтосекунд при биологически значимых температурах (4 °C или 277 K). В том же году эксперименты, проведенные на фотосинтетических криптофитовых водорослях с использованием двумерной фотонной эхо-спектроскопии, дали дальнейшее подтверждение долгосрочной квантовой когерентности. [66] Эти исследования предполагают, 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 назначения зарегистрированных сигнатур электронной квантовой когерентности ядерной динамике, происходящей в хромофорах. [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] Появилось несколько предложений, объясняющих неожиданно длительную когерентность. Согласно одному предложению, если каждый участок внутри комплекса ощущает свой собственный шум окружающей среды, электрон не останется ни в одном локальном минимуме из-за как квантовой когерентности, так и его тепловой среды, а перейдет к месту реакции через квантовые блуждания . [74] [75] [76] Другое предложение заключается в том, что скорость квантовой когерентности и туннелирования электронов создают сток энергии, который быстро перемещает электрон к месту реакции. [77] Другая работа предполагает, что геометрические симметрии в комплексе могут способствовать эффективной передаче энергии в реакционный центр, отражая идеальную передачу состояния в квантовых сетях. [78] Более того, эксперименты с искусственными молекулами красителей ставят под сомнение интерпретацию того, что квантовые эффекты длятся дольше ста фемтосекунд. [79]

В 2017 году первый контрольный эксперимент с исходным белком FMO в условиях окружающей среды подтвердил, что электронные квантовые эффекты вымываются в течение 60 фемтосекунд, в то время как общий перенос экситона 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 как долгоживущие электронные когерентности в системе FMO не выполняются. [81] Вместо этого исследования, изучающие транспортную динамику, предполагают, что взаимодействия между электронными и колебательными модами возбуждения в комплексах FMO требуют полуклассического, полуквантового объяснения переноса энергии экситона. Другими словами, в то время как квантовая когерентность доминирует в краткосрочной перспективе, классическое описание является наиболее точным для описания долгосрочного поведения экситонов. [82] [83]

Другим процессом в фотосинтезе, который имеет почти 100% эффективность, является перенос заряда , что снова предполагает, что в игру вступают квантово-механические явления. [73] В 1966 году исследование фотосинтетической бактерии Chromatium показало, что при температурах ниже 100 К окисление цитохрома не зависит от температуры, происходит медленно (порядка миллисекунд) и имеет очень низкую энергию активации . Авторы, Дон ДеВолт и Бриттон Чейз, постулировали, 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 необходимо в классическом смысле.

Митохондрии

Было показано, что митохондрии используют квантовое туннелирование в своей функции как электростанции эукариотических клеток. Подобно световым реакциям в тилакоиде , линейно-ассоциированные мембраносвязанные белки, входящие в цепь переноса электронов (ETC), энергетически связывают восстановление O2 с развитием градиента протонного движения (H+) через внутреннюю мембрану митохондрий. Эта энергия, сохраненная в виде градиента протонного движения, затем сочетается с синтезом АТФ . Важно, что преобразование митохондриями биомассы в химический АТФ достигает 60-70% термодинамической эффективности, что намного превосходит эффективность искусственных двигателей . [84] Эта высокая степень эффективности в значительной степени объясняется квантовым туннелированием электронов в ETC и протонов в градиенте протонного движения. Действительно, туннелирование электронов уже было продемонстрировано в некоторых элементах ETC, включая NADH:убихинон оксидоредуктазу (комплекс I) и CoQH2-цитохром c редуктазу (комплекс III). [85] [86]

В квантовой механике и электроны, и протоны являются квантовыми сущностями, которые проявляют корпускулярно-волновой дуализм , демонстрируя как корпускулярные, так и волноподобные свойства в зависимости от метода экспериментального наблюдения. [87] Квантовое туннелирование является прямым следствием этой волнообразной природы квантовых сущностей , которая позволяет проходить через потенциальный энергетический барьер, который в противном случае ограничивал бы сущность. [88] Более того, оно зависит от формы и размера потенциального барьера относительно входящей энергии частицы. [89] Поскольку входящая частица определяется своей волновой функцией, вероятность ее туннелирования зависит от формы потенциального барьера экспоненциальным образом. Например, если барьер относительно широк, вероятность туннелирования входящей частицы уменьшится. Потенциальный барьер, в некотором смысле, может иметь форму реального биоматериального барьера. Внутренняя мембрана митохондрии, в которой находятся различные компоненты ETC, имеет толщину порядка 7,5 нм. [84] Внутренняя мембрана митохондрии должна быть преодолена, чтобы разрешить сигналам (в форме электронов, протонов, H + ) передаваться из места испускания (внутреннего по отношению к митохондрии) в место приема (т. е. белки цепи переноса электронов). [90] Для того чтобы переносить частицы, мембрана митохондрии должна иметь правильную плотность фосфолипидов, чтобы проводить соответствующее распределение заряда, которое притягивает рассматриваемую частицу. Например, при большей плотности фосфолипидов мембрана способствует большей проводимости протонов. [90]

Молекулярные солитоны в белках

Александр Давыдов разработал квантовую теорию молекулярных солитонов для объяснения переноса энергии в белковых α-спиралях в целом и физиологии мышечного сокращения в частности. [91] [92] Он показал, что молекулярные солитоны способны сохранять свою форму посредством нелинейного взаимодействия экситонов амида I и фононных деформаций внутри решетки водородно-связанных пептидных групп . [93] [94] В 1979 году Давыдов опубликовал свой полный учебник по квантовой биологии под названием «Биология и квантовая механика», в котором описывалась квантовая динамика белков , клеточных мембран , биоэнергетика , мышечное сокращение и транспорт электронов в биомолекулах . [11] [12]

Кодирование информации

Магниторецепция

Механизм радикальной пары был предложен для квантовой магниторецепции у птиц. Он имеет место в молекулах криптохрома в клетках сетчатки глаз птиц . [95]

Магниторецепция — это способность животных ориентироваться, используя наклон магнитного поля Земли. [96] Возможным объяснением магниторецепции является механизм запутанных радикальных пар . [97] [98] Механизм радикальных пар хорошо известен в спиновой химии , [99] [100] [101] и был предложен для применения к магниторецепции в 1978 году Шультеном и др. Соотношение между синглетными и триплетными парами изменяется при взаимодействии запутанных электронных пар с магнитным полем Земли. [102] В 2000 году криптохром был предложен в качестве «магнитной молекулы», которая может содержать магнитно-чувствительные радикальные пары. 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 частицами света криптохром проходит через окислительно-восстановительную реакцию, которая дает радикальные пары как во время фотовосстановления, так и окисления. Функция криптохрома различна у разных видов, однако фотоиндукция радикальных пар происходит под воздействием синего света, который возбуждает электрон в хромофоре . [102] Магниторецепция возможна также в темноте, поэтому механизм должен больше полагаться на радикальные пары, образующиеся во время светонезависимого окисления.

Эксперименты в лаборатории подтверждают основную теорию о том, что электроны радикальных пар могут подвергаться значительному влиянию очень слабых магнитных полей, т. е. просто направление слабых магнитных полей может влиять на реакционную способность радикальных пар и, следовательно, может «катализировать» образование химических продуктов. Применим ли этот механизм к магниторецепции и/или квантовой биологии, т. е. «катализирует» ли магнитное поле Земли образование биохимических продуктов с помощью радикальных пар, не совсем ясно. Радикальные пары могут не обязательно быть запутанными, что является ключевой квантовой особенностью механизма радикальных пар, чтобы играть роль в этих процессах. Существуют запутанные и незапутанные радикальные пары, но нарушить только запутанные радикальные пары невозможно при современных технологиях. Исследователи обнаружили доказательства радикально-парного механизма магниторецепции, когда европейские малиновки, тараканы и садовые певуны больше не могли ориентироваться при воздействии радиочастоты , которая блокирует магнитные поля [96] и радикально-парной химии. Дополнительные доказательства были получены при сравнении Криптохрома 4 (CRY4) у мигрирующих и не мигрирующих птиц. Было обнаружено, что CRY4 у курицы и голубя менее чувствительны к магнитным полям, чем у (мигрирующей) европейской малиновки , что предполагает эволюционную оптимизацию этого белка как датчика магнитных полей. [103]

мутация ДНК

ДНК действует как инструкция для создания белков по всему телу. Она состоит из 4 нуклеотидов: гуанина, тимина, цитозина и аденина. [104] Порядок этих нуклеотидов дает «рецепт» для различных белков.

Всякий раз, когда клетка размножается, она должна копировать эти нити ДНК. Однако иногда в процессе копирования нити ДНК может произойти мутация или ошибка в коде ДНК. Теория обоснования 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 образовывать пару со своей исходной парой оснований и, следовательно, изменит структуру и порядок нити ДНК.

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

Во многих прокариотах и ​​растениях эти связи восстанавливаются фотолиазой, ферментом репарации ДНК. Как следует из префикса, фотолиаза зависит от света для восстановления цепи. Фотолиаза работает со своим кофактором FADH , флавинадениндинуклеотидом, при восстановлении ДНК. Фотолиаза возбуждается видимым светом и переносит электрон к кофактору FADH. FADH, теперь обладающий дополнительным электроном, переносит электрон к димеру, чтобы разорвать связь и восстановить ДНК. Электрон туннелирует от FADH к димеру . Хотя диапазон этого туннелирования намного больше, чем это возможно в вакууме, туннелирование в этом сценарии называется «туннелированием, опосредованным суперобменом», и оно возможно благодаря способности белка увеличивать скорость туннелирования электрона. [105]

Другой

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

Псевдонаука

Наряду с многочисленными направлениями научного исследования квантовой механики появился не связанный между собой псевдонаучный интерес; это заставило ученых с осторожностью подходить к квантовой биологии. [111]

Такие гипотезы, как организованная объективная редукция , постулирующая связь между квантовой механикой и сознанием, вызвали критику со стороны научного сообщества, некоторые из которых утверждали, что они являются псевдонаучными и «оправданием для шарлатанства». [112]

Ссылки

  1. ^ Кристиансен, Анита. «Будущее квантовой биологии | Королевское общество». royalsociety.org . Получено 2022-07-11 .
  2. ^ Квантовая биология. Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне, Группа теоретической и вычислительной биофизики.
  3. ^ Квантовая биология: мощные компьютерные модели раскрывают ключевой биологический механизм Science Daily Получено 14 октября 2007 г.
  4. ^ ab Brookes, JC (май 2017 г.). «Квантовые эффекты в биологии: золотое правило в ферментах, обонянии, фотосинтезе и магнитодетекции». Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 473 (2201): 20160822. Bibcode : 2017RSPSA.47360822B. doi : 10.1098/rspa.2016.0822. PMC 5454345. PMID  28588400 . 
  5. ^ Аль-Халили, Джим (24 августа 2015 г.), Как квантовая биология может объяснить самые большие вопросы жизни , получено 07.12.2018
  6. ^ Брукс, Дженнифер С. (май 2017 г.). «Квантовые эффекты в биологии: золотое правило в ферментах, обонянии, фотосинтезе и магнитодетекции». Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 473 (2201): 20160822. Bibcode : 2017RSPSA.47360822B. doi : 10.1098/rspa.2016.0822. ISSN  1364-5021. PMC 5454345. PMID 28588400  . 
  7. ^ Го, Бей Хинг; Тонг, Энг Сианг; Пуспараджа, Прийя (2020). «Квантовая биология: является ли квантовая физика ключом к революции в медицине?». Прогресс в области открытия лекарств и биомедицинской науки . 3. doi : 10.36877 /pddbs.a0000130 .
  8. ^ Маргулис, Линн ; Саган, Дорион (1995). Что такое жизнь?. Беркли: Издательство Калифорнийского университета. стр. 1. ISBN 978-0684810874.
  9. ^ Joaquim, Leyla; Freira, Olival; El-Hani, Charbel (сентябрь 2015 г.). «Исследователи квантовой механики: Бор, Джордан и Дельбрюк вторгаются в биологию». Physics in Perspective . 17 (3): 236–250. Bibcode : 2015PhP....17..236J. doi : 10.1007/s00016-015-0167-7. S2CID  117722573.
  10. ^ Левдин, Пер-Олов (1966). «Квантовая генетика и апериодическое твердое тело: некоторые аспекты биологических проблем наследственности, мутаций, старения и опухолей в свете квантовой теории молекулы ДНК». Advances in Quantum Chemistry . 2 : 213–360. doi :10.1016/S0065-3276(08)60076-3. S2CID  94362884.
  11. ^ аб Давыдов, Александр С. (1979). Биология и Квантовая Механика [Биология и квантовая механика] (на русском языке). Киев : Наукова думка . ОСЛК  736440.
  12. ^ ab Давыдов, Александр С. (1982). Биология и квантовая механика . Oxford: Pergamon Press . ISBN 9780080263922. OCLC  7875407.
  13. ^ Маркус, РА (май 1956). «О теории окислительно-восстановительных реакций, включающих перенос электронов. I». Журнал химической физики . 24 (5): 966–978. Bibcode : 1956JChPh..24..966M. doi : 10.1063/1.1742723. ISSN  0021-9606. S2CID  16579694.
  14. ^ "Редакционная статья". Исследования фотосинтеза . 22 (1): 1. Январь 1989. Bibcode :1989PhoRe..22....1.. doi :10.1007/BF00114760. PMID  24424672. S2CID  264017354.
  15. ^ ab Gray, HB; Winkler, JR (август 2003 г.). «Туннелирование электронов через белки». Quarterly Reviews of Biophysics . 36 (3): 341–372. doi :10.1017/S0033583503003913. PMID  15029828. S2CID  28174890.
  16. ^ Апте, С. П. Квантовая биология: использование последнего рубежа нанотехнологий с модифицированными вспомогательными веществами и пищевыми ингредиентами, J. Excipients and Food Chemicals, 5(4), 177–183, 2014
  17. ^ Гликман, Майкл Х.; Вайсман, Джеффри С.; Клинман, Джудит П. (январь 1994 г.). «Чрезвычайно большие изотопные эффекты в реакции липоксигеназы сои с линолевой кислотой». Журнал Американского химического общества . 116 (2): 793–794. doi :10.1021/ja00081a060. ISSN  0002-7863.
  18. ^ Nagel, ZD; Klinman, JP (август 2006). «Туннелирование и динамика в ферментативном переносе гидрида». Chemical Reviews . 106 (8): 3095–3118. doi :10.1002/chin.200643274. PMID  16895320.
  19. ^ Гриффитс, Дэвид Дж. (2005). Введение в квантовую механику (2-е изд.). Аппер Сэддл Ривер, Нью-Джерси: Pearson Prentice Hall. 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 доминирует протонное туннелирование». Science . 312 (5771): 237–241. Bibcode :2006Sci...312..237M. doi :10.1126/science.1126002. PMID  16614214. S2CID  27201250.
  21. ^ Zewail, Ahmed H. (2008). Физическая биология: от атомов к медицине. Лондон, Великобритания: Imperial College Press. ISBN 978-1-84816-201-3. OCLC  294759396.
  22. ^ Nagel, ZD; Klinman, JP (август 2006). «Туннелирование и динамика в ферментативном переносе гидрида». Chemical Reviews . 106 (8): 3095–3118. doi :10.1021/cr050301x. PMID  16895320.
  23. ^ Pan, Ying-Hsi; Sader, Kasim; Powell, Jonathan J.; et al. (апрель 2009 г.). «Трехмерная морфология минерального ядра ферритина печени человека: новые доказательства структуры субъединицы, выявленные с помощью анализа отдельных частиц изображений HAADF-STEM». Journal of Structural Biology . 166 (1): 22–31. doi :10.1016/j.jsb.2008.12.001. ISSN  1047-8477. PMC 2832756 . PMID  19116170. 
  24. ^ Вольщак, Мариан; Гайда, Джоанна (2010-08-17). «Выделение железа из ферритина, вызванное светом и ионизирующим излучением». Исследования химических промежуточных веществ . 36 (5): 549–563. doi : 10.1007/s11164-010-0155-0 . ISSN  0922-6168. S2CID  97639082.
  25. ^ Watt, GD; Jacobs, D.; Frankel, RB (октябрь 1988 г.). «Окислительно-восстановительная активность бактериального и млекопитающего ферритина: является ли проникновение восстановителя внутрь ферритина необходимым шагом для высвобождения железа?». Труды Национальной академии наук . 85 (20): 7457–7461. Bibcode : 1988PNAS...85.7457W. doi : 10.1073/pnas.85.20.7457 . ISSN  0027-8424. PMC 282210. PMID 2845407  . 
  26. ^ Авшалом, Д.Д.; Смит, Дж.Ф.; Гринштейн, Г.; ДиВинченцо, Д.П.; Лосс, Д. (1992-05-18). «Макроскопическое квантовое туннелирование в магнитных белках». Physical Review Letters . 68 (20): 3092–3095. Bibcode :1992PhRvL..68.3092A. doi :10.1103/physrevlett.68.3092. ISSN  0031-9007. PMID  10045605.
  27. ^ Xu, Degao; Watt, Gerald D.; Harb, John N.; Davis, Robert C. (2005-03-25). «Электропроводность белков ферритина с помощью кондуктивной АСМ». Nano Letters . 5 (4): 571–577. Bibcode : 2005NanoL...5..571X. doi : 10.1021/nl048218x. ISSN  1530-6984. PMID  15826089.
  28. ^ Кумар, Каруппаннан Сентил; Пасула, Рупали Редди; Лим, Сирин; Ниджхейс, Кристиан А. (28.12.2015). «Процессы туннелирования на больших расстояниях через соединения на основе ферритина». Advanced Materials . 28 (9): 1824–1830. doi :10.1002/adma.201504402. ISSN  0935-9648. PMID  26708136. S2CID  2238319.
  29. ^ Karuppannan, Senthil Kumar; Pasula, Rupali Reddy; Herng, Tun Seng; et al. (2021-05-20). "Туннельное магнитосопротивление при комнатной температуре через биомолекулярные туннельные соединения на основе ферритина". Journal of Physics: Materials . 4 (3): 035003. Bibcode : 2021JPhM....4c5003K. doi : 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 хранения железа в тканях». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 272–276: 2422–2423. Bibcode : 2004JMMM..272.2422M. doi : 10.1016/j.jmmm.2003.12.472. ISSN  0304-8853.
  31. ^ Toolan, Daniel TW; Weir, Michael P.; Kilbride, Rachel C.; et al. (2020). «Управление структурами органических полупроводниковых нанокомпозитов с квантовыми точками с помощью химии лигандной оболочки». Soft Matter . 16 (34): 7970–7981. Bibcode :2020SMat...16.7970T. doi : 10.1039/d0sm01109f . ISSN  1744-683X. PMID  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, doi : 10.1007/978-94-015-8839-3_4, ISBN 978-90-481-4906-3
  33. ^ Юань, Чжэнь; Атанасов, Пламен; Альсмади, Абдель М.; и др. (2006-04-15). "Магнитные свойства самоорганизующихся массивов ферритиновых сердечников". Журнал прикладной физики . 99 (8): 08Q509. Bibcode : 2006JAP....99hQ509Y. doi : 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. ^ Rourk, Christopher; Huang, Yunbo; Chen, Minjing; Shen, Cai (2021-08-12). "Индикация сильно коррелированного электронного транспорта и изолятора Мотта в неупорядоченных многослойных структурах ферритина (DMFS)". Материалы . 14 (16): 4527. Bibcode : 2021Mate...14.4527R. doi : 10.3390/ma14164527 . ISSN  1996-1944. PMC 8399281. PMID 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. doi : 10.3390/biom12050705 . ISSN  2218-273X. ПМЦ 9138424 . ПМИД  35625632. 
  37. ^ Зулу, Майкл З.; Мартинес, Фернандо О.; Гордон, Сиамон; Грей, Клайв М. (2019). «Неуловимая роль плацентарных макрофагов: клетка Хофбауэра». Журнал врожденного иммунитета . 11 (6): 447–456. doi : 10.1159/000497416. ISSN  1662-811X. PMC 6758944. PMID 30970346.  S2CID 108293800  . 
  38. ^ Rourk, Christopher J. (май 2019). «Индикация квантово-механического электронного транспорта в ткани человеческой субстанции nigra с помощью анализа кондуктивной атомно-силовой микроскопии». Biosystems . 179 : 30–38. Bibcode :2019BiSys.179...30R. doi :10.1016/j.biosystems.2019.02.003. ISSN  0303-2647. PMID  30826349. S2CID  73509918.
  39. ^ Фридрих, И.; Рейманн, К.; Янкун, С.; и др. (2021-03-22). «Клеточно-специфическое количественное картирование железа на срезах мозга с помощью иммуно-µPIXE у здоровых пожилых людей и при болезни Паркинсона». Acta Neuropathologica Communications . 9 (1): 47. doi : 10.1186/s40478-021-01145-2 . ISSN  2051-5960. PMC 7986300. PMID 33752749  . 
  40. ^ Sulzer, David; Cassidy, Clifford; Horga, Guillermo; et al. (2018-04-10). «Обнаружение нейромеланина с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и его перспективы в качестве биомаркера болезни Паркинсона». npj Parkinson's Disease . 4 (1): 11. doi :10.1038/s41531-018-0047-3. ISSN  2373-8057. PMC 5893576 . PMID  29644335. S2CID  4736738. 
  41. ^ Сюн, Нянь; Хуан, Цзиньша; Чжан, Чжэнтао; и др. (18.11.2009). «Стереотаксическая инфузия ротенона: надежная модель болезни Паркинсона на грызунах». PLOS ONE . 4 (11): e7878. Bibcode : 2009PLoSO...4.7878X. doi : 10.1371/journal.pone.0007878 . ISSN  1932-6203. PMC 2774159. PMID 19924288  . 
  42. ^ Мюрден, К. Д. (1966-09-01). «Ферритин в синовиальных клетках у пациентов с ревматоидным артритом». Annals of the Rheumatic Diseases . 25 (5): 387–401. doi :10.1136/ard.25.5.387. ISSN  0003-4967. PMC 2453468. PMID 4161916  . 
  43. ^ ORINO, Kouichi; LEHMAN, Lori; TSUJI, Yoshiaki; et al. (2001-06-25). «Ферритин и ответ на окислительный стресс». Biochemical Journal . 357 (1): 241–247. doi :10.1042/bj3570241. ISSN  0264-6021. PMC 1221947. PMID 11415455  . 
  44. ^ Аронова, Мария А.; Но, Сын-Дже; Чжан, Гофэн; Бирнс, Коллин; Мейер, Эмили Рием; 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. Bibcode :2021iSci...24j2901A. doi :10.1016/j.isci.2021.102901. ISSN  2589-0042. PMC 8355919 . PMID  34401678. 
  45. ^ Гарг, Маянк; Вишвакарма, Нилам; Шарма, Амит Л.; Сингх, Суман (2021-07-08). «Амин-функционализированные графеновые квантовые точки для флуоресцентного иммуносенсорного анализа ферритина». ACS Applied Nano Materials . 4 (7): 7416–7425. doi :10.1021/acsanm.1c01398. ISSN  2574-0970. S2CID  237804893.
  46. ^ Клоппинг, HL (май 1971). «Обонятельные теории и запахи малых молекул». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 19 (5): 999–1004. doi :10.1021/jf60177a002. PMID  5134656.
  47. ^ Дайсон, Малкольм Г. (1938-07-09). «Научная основа запаха». Журнал Общества химической промышленности . 57 (28): 647–651. doi :10.1002/jctb.5000572802.
  48. ^ abc Turin, L. (декабрь 1996 г.). «Спектроскопический механизм первичной обонятельной рецепции». Chemical Senses . 21 (6): 773–791. doi : 10.1093/chemse/21.6.773 . PMID  8985605.
  49. ^ "Форма и вибрация пахучего вещества, вероятно, приводят к удовлетворению обоняния" . Получено 2018-11-08 .
  50. ^ Бак, Линда; Аксель, Ричард (5 апреля 1991 г.). «Новое мультигенное семейство может кодировать рецепторы запахов: молекулярная основа распознавания запахов» (PDF) . Cell . 65 (1): 175–187. doi :10.1016/0092-8674(91)90418-x. PMID  1840504. Архивировано из оригинала 29 августа 2017 г. . Получено 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 млекопитающих низкомолекулярных сероорганических соединений». Natural Product Reports . 34 (5): 529–557. doi :10.1039/c7np00016b. PMC 5542778 . PMID  28471462. 
  52. ^ Келлер, А.; Воссхолл, Л. Б. (апрель 2004 г.). «Психофизический тест вибрационной теории обоняния». Nature Neuroscience . 7 (4): 337–338. doi :10.1038/nn1215. PMID  15034588. S2CID  1073550.
  53. ^ Джонсон, П. Дж. М.; Фараг, М. Х.; Хэлпин, А.; и др. (апрель 2017 г.). «Первичная фотохимия зрения происходит на пределе молекулярной скорости» (PDF) . Журнал физической химии B. 121 ( 16): 4040–4047. doi :10.1021/acs.jpcb.7b02329. PMID  28358485. S2CID  4837083.
  54. ^ Schoenlein, RW; Peteanu, LA; Mathies, RA; Shank, CV (октябрь 1991 г.). «Первый шаг в зрении: фемтосекундная изомеризация родопсина». Science . 254 (5030): 412–415. Bibcode :1991Sci...254..412S. doi :10.1126/science.1925597. PMID  1925597.
  55. ^ Гиббс, Филип. «Человеческий глаз и одиночные фотоны». math.ucr.edu . Получено 05.11.2018 .
  56. ^ Loulakis, M.; Blatsios, G.; Vrettou, CS; Kominis, IK (2017). «Квантовая биометрия с подсчетом фотонов сетчатки». Physical Review Applied . 8 (4): 044012. arXiv : 1704.04367 . Bibcode : 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». MIT Technology Review . Получено 2018-11-08 .
  58. ^ Матис, Пол (декабрь 2000 г.). «Фотосинтез DO Hall и KK Rao, Кембридж, Кембридж, CB2 2RU, Великобритания, ISBN 0 521 64257 4, £ 35, University Press». Plant Science . 160 (1): 179–180. doi :10.1016/s0168-9452(00)00371-x. ISSN  0168-9452.
  59. ^ Суми, Хитоши (январь 2001 г.). «Бактериальный фотосинтез начинается с квантово-механической когерентности». The Chemical Record . 1 (6): 480–493. doi :10.1002/tcr.10004. ISSN  1527-8999. PMID  11933253.
  60. ^ Локштейн, Хайко; Ренгер, Гернот; Гётце, Ян П. (январь 2021 г.). «Фотосинтетические светособирающие (антенные) комплексы — структуры и функции». Molecules . 26 (11): 3378. doi : 10.3390/molecules26113378 . ISSN  1420-3049. PMC 8199901 . PMID  34204994. 
  61. ^ Досталь, Якуб; Манчал, Томаш; 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; Палтиель, Йосси (июнь 2018 г.). «Фотосинтетический перенос энергии на квантовой/классической границе». Trends in Plant Science . 23 (6): 497–506. doi :10.1016/j.tplants.2018.03.007. ISSN  1360-1385. PMID  29625851. S2CID  4644544.
  63. ^ Кассал, Иван; Юэнь-Чжоу, Джоэл; Рахими-Кешари, Салех (2013-02-07). «Усиливает ли когерентность транспорт при фотосинтезе?». The Journal of Physical Chemistry Letters . 4 (3): 362–367. arXiv : 1210.5022 . doi : 10.1021/jz301872b. ISSN  1948-7185. PMID  26281724. S2CID  7074341.
  64. ^ Керен, Нир; Палтиель, Йосси (июнь 2018 г.). «Фотосинтетический перенос энергии на квантовой/классической границе». Trends in Plant Science . 23 (6): 497–506. doi :10.1016/j.tplants.2018.03.007. ISSN  1360-1385. PMID  29625851. S2CID  4644544.
  65. ^ Энгель, Грегори С.; Калхун, Тесса Р.; Рид, Элизабет Л.; Ан, Тэ-Кю; Манчал, Томаш; Ченг, Юань-Чунг; и др. (апрель 2007 г.). «Доказательства волнообразного переноса энергии посредством квантовой когерентности в фотосинтетических системах» (PDF) . Nature . 446 (7137): 782–786. Bibcode : 2007Natur.446..782E. doi : 10.1038/nature05678. PMID  17429397. S2CID  13865546.
  66. ^ Коллини, Элизабетта; Вонг, Кэти Й.; Вилк, Кристина Э.; Курми, Пол МГ; Брумер, Пол; Шоулз, Грегори Д. (февраль 2010 г.). «Когерентно связанное светособирание в фотосинтезирующих морских водорослях при температуре окружающей среды». Nature . 463 (7281): 644–647. Bibcode :2010Natur.463..644C. doi :10.1038/nature08811. PMID  20130647. S2CID  4369439.
  67. ^ Tempelaar, R.; Jansen, TLC; Knoester, J. (ноябрь 2014 г.). «Вибрационные биения скрывают доказательства электронной когерентности в светособирающем комплексе FMO». The Journal of Physical Chemistry B . 118 (45): 12865–12872. doi :10.1021/jp510074q. PMID  25321492.
  68. ^ Кристенссон, Никлас; Кауфманн, Харальд Ф.; Пуллеритс, Тыну; Манчал, Томаш (июнь 2012 г.). «Происхождение долгоживущих когерентностей в комплексах, собирающих свет». Журнал физической химии B. 116 ( 25): 7449–7454. arXiv : 1201.6325 . Bibcode : 2012arXiv1201.6325C. doi : 10.1021/jp304649c. PMC 3789255. PMID  22642682 . 
  69. ^ Буткус, Витаутас; Зигмантас, Донатас; Валкунас, Леонас; Абрамавичус, Дариус (2012). «Вибрационные и электронные когерентности в двумерном спектре молекулярных систем». Chemical Physics Letters . 545 : 40–43. arXiv : 1201.2753 . Bibcode : 2012CPL...545...40B. doi : 10.1016/j.cplett.2012.07.014. ISSN  0009-2614. S2CID  96663719.
  70. ^ Тивари, Вивек; Питерс, Уильям К.; Джонас, Дэвид М. (2012-12-24). «Электронный резонанс с антикоррелированными колебаниями пигмента управляет переносом фотосинтетической энергии за пределами адиабатических рамок». Труды Национальной академии наук . 110 (4): 1203–1208. doi : 10.1073/pnas.1211157110 . ISSN  0027-8424. PMC 3557059. PMID 23267114  . 
  71. ^ Thyrhaug, Erling; Žídek, Karel; Dostál, Jakub; Bína, David; Zigmantas, Donatas (май 2016 г.). «Экситонная структура и перенос энергии в комплексе Фенны-Мэтьюса-Олсона». The Journal of Physical Chemistry Letters . 7 (9): 1653–1660. doi :10.1021/acs.jpclett.6b00534. PMID  27082631. S2CID  26355154.
  72. ^ Фудзихаши, Юта; Флеминг, Грэм Р.; Ишизаки, Акихито (июнь 2015 г.). «Влияние флуктуаций, вызванных окружающей средой, на квантово-механически смешанные электронные и колебательные состояния пигмента при фотосинтетическом переносе энергии и двумерных электронных спектрах». Журнал химической физики . 142 (21): 212403. arXiv : 1505.05281 . Bibcode : 2015JChPh.142u2403F. doi : 10.1063/1.4914302. PMID  26049423. S2CID  1082742.
  73. ^ ab Маре, 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. PMC 6283985. PMID  30429265 . 
  74. ^ Мохсени, Масуд; Ребентрост, Патрик; Ллойд, Сет; Аспуру-Гузик, Алан (ноябрь 2008 г.). «Квантовые прогулки с участием окружающей среды при переносе фотосинтетической энергии». Журнал химической физики . 129 (17): 174106. arXiv : 0805.2741 . Bibcode : 2008JChPh.129q4106M. doi : 10.1063/1.3002335. PMID  19045332. S2CID  938902.
  75. ^ Plenio, MB; Huelga, SF (2008-11-01). "Транспорт с помощью дефазировки: квантовые сети и биомолекулы – IOPscience". New Journal of Physics . 10 (11): 113019. arXiv : 0807.4902 . Bibcode : 2008NJPh...10k3019P. doi : 10.1088/1367-2630/10/11/113019. S2CID  12172391.
  76. ^ Ллойд, С. (2014-03-10). Оптимальный перенос энергии при фотосинтезе (речь). От атомного до мезоскопического масштаба: роль квантовой когерентности в системах различной сложности. Институт теоретической, атомной, молекулярной и оптической физики, Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, Кембридж, Массачусетс . Получено 30 сентября 2019 г.
  77. ^ Ли, Х. (2009). «Квантовая когерентность, ускоряющая перенос фотосинтетической энергии». Сверхбыстрые явления XVI. Серия Springer по химической физике. Т. 92. С. 607–609. Bibcode :2009up16.book..607L. doi :10.1007/978-3-540-95946-5_197. ISBN 978-3-540-95945-8. Архивировано из оригинала 3 февраля 2021 г.
  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. PMID  24237498. S2CID  40710862.
  79. ^ Halpin, A.; Johnson, PJM; Tempelaar, R.; Murphy, RS; Knoester, J.; Jansen, TLC; Miller, RJD (март 2014 г.). «Двумерная спектроскопия молекулярного димера раскрывает эффекты вибронной связи на когерентности экситонов». Nature Chemistry . 6 (3): 196–201. Bibcode :2014NatCh...6..196H. doi :10.1038/nchem.1834. PMID  24557133. S2CID  5059005.
  80. ^ Дуань, Х. -Г.; Прохоренко, ВИ; Когделл, Р.; Ашраф, К.; Стивенс, АЛ; Торварт, М.; Миллер, Р. Дж. Д. (август 2017 г.). «Природа не полагается на долгоживущую электронную квантовую когерентность для передачи фотосинтетической энергии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (32): 8493–8498. arXiv : 1610.08425 . Bibcode : 2017PNAS..114.8493D. doi : 10.1073/pnas.1702261114 . PMC 5559008. PMID  28743751 . 
  81. ^ Cao, Jianshu; Cogdell, Richard J.; Coker, David F.; et al. (апрель 2020 г.). «Квантовая биология снова в моде». Science Advances . 6 (14): eaaz4888. Bibcode : 2020SciA....6.4888C. doi : 10.1126/sciadv.aaz4888 . PMC 7124948. PMID  32284982 . 
  82. ^ Huelga, SF ; Plenio, MB (2013-07-01). «Вибрации, кванты и биология». Contemporary Physics . 54 (4): 181–207. arXiv : 1307.3530 . Bibcode :2013ConPh..54..181H. doi :10.1080/00405000.2013.829687. ISSN  0010-7514. S2CID  15030104.
  83. ^ DeVault, D.; Chance, B. (ноябрь 1966 г.). «Исследования фотосинтеза с использованием импульсного лазера. I. Температурная зависимость скорости окисления цитохрома в хроматии. Доказательства туннелирования». Biophysical Journal . 6 (6): 825–847. Bibcode :1966BpJ.....6..825D. doi :10.1016/S0006-3495(66)86698-5. PMC 1368046 . PMID  5972381. 
  84. ^ ab Morowitz, H. (1968). Поток энергии в биологии . Нью-Йорк и Лондон: Academic Press. С. 55–56, 103–105, 116.
  85. ^ Хаяси, Томоюки; Стучебрухов, Алексей А. (2011-05-12). «Квантовое электронное туннелирование в дыхательном комплексе I». Журнал физической химии B. 115 ( 18): 5354–5364. doi :10.1021/jp109410j. ISSN  1520-6106. PMC 4230448. PMID  21495666 . 
  86. ^ Хаграс, Мухаммад А.; Хаяши, Томоюки; Стучебрухов, Алексей А. (2015-11-19). «Квантовые расчеты электронного туннелирования в дыхательном комплексе III». Журнал физической химии B. 119 ( 46): 14637–14651. doi :10.1021/acs.jpcb.5b09424. ISSN  1520-6106. PMID  26505078.
  87. ^ Беннетт, Джеймс П.; Оньянго, Айзек Г. (февраль 2021 г.). «Энергия, энтропия и квантовое туннелирование протонов и электронов в митохондриях мозга: связь с митохондриальными нарушениями при связанных со старением заболеваниях мозга человека и терапевтическими мерами». Biomedicines . 9 (2): 225. doi : 10.3390/biomedicines9020225 . ISSN  2227-9059. PMC 7927033 . PMID  33671585. 
  88. ^ «Квантовая теория», Единый большой тур по теоретической физике, 2-е издание , Тейлор и Фрэнсис, стр. 123–145, 2015-05-05, 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 . doi :10.2976/1.3244985. PMC 2839811. PMID  20234806 . 
  90. ^ ab Davies, PC (январь 2008). "Квантовое происхождение жизни?". Квантовые аспекты жизни . Imperial College Press. стр. 3–18. doi :10.1142/9781848162556_0001. ISBN 978-1-84816-253-2.
  91. ^ Давыдов, Александр С. (1973). «Теория сокращения белков при их возбуждении». Журнал теоретической биологии . 38 (3): 559–569. Bibcode :1973JThBi..38..559D. doi :10.1016/0022-5193(73)90256-7. PMID  4266326.
  92. ^ Давыдов, Александр С. (1977). «Солитоны и перенос энергии вдоль молекул белка». Журнал теоретической биологии . 66 (2): 379–387. Bibcode :1977JThBi..66..379D. doi :10.1016/0022-5193(77)90178-3. PMID  886872.
  93. ^ Давыдов, Александр С. (1982). «Солитоны в квазиодномерных молекулярных структурах». Успехи физики 25 (12): 898–918. doi :10.1070/pu1982v025n12abeh005012.
  94. ^ Скотт, Олвин К. (1985). «Солитоны Давыдова в полипептидах». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия A, Математические и физические науки . 315 (1533): 423–436. Bibcode :1985RSPTA.315..423S. doi :10.1098/rsta.1985.0049. OSTI  6443952. S2CID  86823456.
  95. ^ Хор, Питер Дж .; Муритсен, Хенрик (апрель 2022 г.). «Квантовая природа миграции птиц». Научный Американ : 24–29.
  96. ^ abc Хор, П. Дж.; Моуритсен, Хенрик (июль 2016 г.). «Радикально-парный механизм магниторецепции». Annual Review of Biophysics . 45 (1): 299–344. doi : 10.1146/annurev-biophys-032116-094545 . PMID  27216936. S2CID  7099782.
  97. ^ Шультен, К.; Свенберг, CE; Веллер, А. (1978). «Биомагнитный сенсорный механизм, основанный на модулированном магнитным полем когерентном спиновом движении электронов: Zeitschrift für Physikalische Chemie». Zeitschrift für Physikalische Chemie . 111 : 1–5. дои :10.1524/зпч.1978.111.1.001. S2CID  124644286.
  98. ^ Коминис, IK (2015). «Механизм радикальной пары как парадигма для зарождающейся науки квантовой биологии». Modern Physics Letters B . 29 : 1530013. arXiv : 1512.00450 . Bibcode :2015MPLB...29S0013K. doi :10.1142/S0217984915300136. S2CID  119276673.
  99. ^ Роджерс, CT (2009-01-01). «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, У. Э.; Ульрих, Т. (1989-01-01). «Эффекты магнитного поля в химической кинетике и связанных с ними явлениях». Chemical Reviews . 89 (1): 51–147. doi :10.1021/cr00091a003. ISSN  0009-2665.
  101. ^ Woodward, JR (2002-09-01). "Радикальные пары в растворе". Прогресс в кинетике и механизме реакций . 27 (3): 165–207. doi : 10.3184/007967402103165388 . S2CID  197049448.
  102. ^ ab Wiltschko, Roswitha; Ahmad, Margaret; Nießner, Christine; Gehring, Dennis; Wiltschko, Wolfgang (май 2016 г.). «Светозависимая магниторецепция у птиц: решающий шаг происходит в темноте». Журнал Королевского общества, Интерфейс . 13 (118): 20151010. doi :10.1098/rsif.2015.1010. PMC 4892254. PMID  27146685 . 
  103. ^ Xu, Jingjing; Jarocha, Lauren E.; Zollitsch, Tilo; et al. (2021-06-24). «Магнитная чувствительность криптохрома 4 у перелетной певчей птицы». Nature . 594 (7864): 535–540. Bibcode :2021Natur.594..535X. doi :10.1038/s41586-021-03618-9. ISSN  0028-0836. PMID  34163056. S2CID  235625675.
  104. ^ "ДНК и мутации". evolution.berkeley.edu . Получено 2018-11-05 .
  105. ^ ab Trixler, F. (август 2013 г.). «Квантовое туннелирование к происхождению и эволюции жизни». Current Organic Chemistry . 17 (16): 1758–1770. doi :10.2174/13852728113179990083. PMC 3768233. PMID  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. Bibcode :2021PCCP...23.4141S. doi : 10.1039/D0CP05781A . PMID  33533770.
  107. ^ Слокомб, Луи; Сакки, Марко; Аль-Халили, Джим (2022-05-05). «Подход открытых квантовых систем к туннелированию протонов в ДНК». Communications Physics . 5 (1): 109. arXiv : 2110.00113 . Bibcode :2022CmPhy...5..109S. doi :10.1038/s42005-022-00881-8. ISSN  2399-3650. S2CID  238253421.
  108. ^ Ю, СЛ; Ли, СК (март 2017 г.). «Ультрафиолетовое излучение: повреждение ДНК, восстановление и человеческие расстройства». Молекулярная и клеточная токсикология . 13 (1): 21–28. doi :10.1007/s13273-017-0002-0. S2CID  27532980.
  109. ^ Левин, RD (2005). Динамика молекулярных реакций . Cambridge University Press. С. 16–18. ISBN 978-0-521-84276-1.
  110. ^ Круг, Харальд; Брюн, Харальд; Шмид, Гюнтер; и др. (2006). Нанотехнология: оценка и перспективы . Springer-Verlag. 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) . Skeptic : 40–43.

Внешние ссылки