Жизнь – не только сложнейшая химия, но и квантовая физика

Физики из Еврейского университета Иерусалима показали, что энергетический обмен в живых системах не является чисто химическим. Этот процесс также зависит от квантовых эффектов.

Протоны являются основой биоэнергетики живого организма. Их способность перемещаться через биологические системы необходима для жизни. Новое исследование будет опубликовано в майском номере журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа впервые показала, что перенос протонов напрямую зависит от спина электронов в таких биологических средах, как белки.

Это открытие показывает, что перенос энергии и информации в живом организме происходит не случайно, он контролируется и настраивается гораздо точнее, чем считалось ранее. Новая работа связывает квантовую физику с биохимией и открывает новые возможности для понимания жизни на ее самом глубоком уровне.

Физики обнаружили, что в биологических кристаллах, таких как лизоцим (фермент, работающий во многих живых организмах), элементарные частицы – электроны и протоны, – тесно взаимосвязаны. До сих пор считалось, что протоны случайно "перепрыгивают" между молекулами воды и аминокислотами. Но теперь физики показали, что это движение связано со спином электронов – квантовым свойством, которое не имеет классических аналогов и характеризует магнитные свойства электронов.

Ученые ввели электроны с определенным спином в кристаллы лизоцима и увидели, что протоны стали легче проходить сквозь материал. Напротив, когда ввели электроны с противоположным спином, движение протонов замедлилось.

"Наши результаты показывают, что способ перемещения протонов в биологических системах касается не только химии, но и квантовой физики, – говорит соавтор работы доктор Наама Горен. – Это дает новое понимание того, как информация и энергия передаются внутри живых систем".

Соавтор работы профессор Йоси Палтиль добавляет: "Понимание связи между спином электрона и движением протонов может привести к появлению новых технологий, имитирующих биологические процессы, и даже новых способов управления передачей информации внутри клеток".