Yaşam molekülleri DNA aklımıza gelmektedir. Davranışlarımızdan saçımızın rengine fiziksel özelliklerimizin hepsine hükmeden yaşam moleküllerinin çalışmasından bahsedeceğiz. DNA, şaşırtıcı bir hassasiyetle çoğalmaktadır.
Ancak bu süreç hatalara karşı bağışıklık gösteremeyebilir. Bu süreç sonunda mutasyonlar olabilir. Sofistike bilgisayar modellemesi kullanarak, Surrey Üniversitesi’nden bir fizikçi ve kimyager ekibi, kopyalamada bu tür hataların kuantum dünyasının garip kuralları nedeniyle ortaya çıkabileceğini gösterdiler.
Ünlü DNA çift sarmalının iki teli, baz adı verilen molekülleri birbirine bağlayan yapıştırıcıyı sağlayan proton adı verilen atom altı parçacıklarla (hidrojen atomlarının çekirdeği) birbirine bağlanır.
Bu sözde hidrojen bağları, 1952’de James Watson ve Francis Crick tarafından Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins’in çalışmalarına dayanarak keşfedilen çift sarmal yapıyı oluşturan bükülmüş bir merdivenin basamakları gibidir.
Kısaca DNA Zincirini Tanıyalım
Deoksiribonükleik asit (DNA), genetik bilgi ve protein sentezi için talimatlar içeren organik bir kimyasaldır. Her organizmanın hücrelerinin çoğunda bulunur. DNA, genetik kalıtımın DNA’nın ebeveynlerden veya ebeveynlerden yavrulara aktarılmasıyla gerçekleştiği üremenin önemli bir parçasıdır.
DNA nükleotitlerden oluşur. Bir nükleotidin iki bileşeni vardır: şeker deoksiriboz ve fosfat gruplarından yapılmış bir omurga ve sitozin, timin, adenin ve guanin olarak bilinen azotlu bazlar. Genetik kod, bazların farklı düzenlemeleriyle oluşur.
Yazımıza tekrardan dönersek;
Normalde, bu DNA bazları (A, C, T ve G olarak adlandırılır) birbirine nasıl bağlandıklarına dair katı kurallara uyar.
A her zaman T ve C’ye her zaman G’ye bağlanır.
Bu katı eşleştirme, moleküllerin şekli ile belirlenir, bunları bir yapbozdaki parçalar gibi birbirine uydurur, ancak hidrojen bağlarının doğası biraz değişirse.
Bu, eşleştirme kuralının bozulmasına neden olarak yanlış bazların bağlanmasına ve dolayısıyla bir mutasyona neden olabilir.
Crick ve Watson tarafından tahmin edilmesine rağmen, ancak şimdi karmaşık hesaplama modellemesi süreci doğru bir şekilde ölçebildi.
Surrey Üniversitesi’nin heyecan verici yeni kuantum biyolojisi alanındaki araştırma programının bir parçası olan ekip, DNA iplikleri arasındaki bağlardaki bu modifikasyonun şimdiye kadar düşünülenden çok daha yaygın olduğunu göstermiştir.
Protonlar, diğer tarafa inmek için bir enerji bariyerinin bir tarafındaki normal alanlarından kolayca atlayabilirler.
Bu, kopyalama işleminin ilk adımında iki şeridin fermuarının açılmasından hemen önce gerçekleşirse, hata hücredeki çoğaltma makinesinden geçebilir.
Bu süreç, DNA uyuşmazlığı ve potansiyel olarak bir mutasyon olarak adlandırılan şeye yol açar.
Bu araştırma bugün (5 Mayıs 2022) Nature Communications Physics dergisinde yayınlanacak.
Leverhulme Kuantum Biyolojisi Doktora Eğitim Merkezi’nde bulunan Surrey ekibi, protonların DNA iplikleri arasında sıçramasına neden olabilecek fiziksel mekanizmaları belirlemek için açık kuantum sistemleri adı verilen bir yaklaşım kullandı.
Ancak, en ilginç olanı ekip çalışmalarında kuantum mekaniğinin önemli bir ilişkisini kullandı.
Tünelleme adı verilen ve oldukça iyi bilinen bu teknik protonlarda kullanıldı. Büyülü bir kuantum mekanizması sayesinde geçmeyi başarmalarıdır. Katı bir duvardan geçen bir hayalete benzer şekilde de adlandırılsa doğru tanımlanmış olabilmektedir.
Daha önce böyle bir kuantum davranışının canlı bir hücrenin sıcak, ıslak ve karmaşık ortamında gerçekleşemeyeceği düşünülmüştü.
Bunu Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger, 1944 tarihli “Hayat Nedir?” adlı kitabında önermişti.
Bu kuantum mekaniği, cansız maddeden oldukça farklı davrandıkları için canlı sistemlerde rol oynayabilir.
Bu son çalışma da Schrödinger’in teorisini doğruluyor gibi görünüyor.
Araştırmacıların çalışmalarında, yerel hücresel ortamın, yayılan dalgalar gibi davranan protonların termal olarak aktive edilmesine ve enerji bariyeri yoluyla uyarılmasına neden olduğunu belirlemektedir.
Aslında, protonların iki iplikçik arasında sürekli ve çok hızlı bir şekilde ileri geri tünel açtığı tespit edilmektedir.
Daha sonra, DNA ayrı iplikçiklerine bölündüğünde, protonların bir kısmı yanlış tarafa yakalanmakta ve bu da bir hataya yol açmaya sebep olabilme ihtimaline sebep olabilmektedir.
Dr. Louie Slocombe açıklamasında şunları söylüyor;
“DNA’daki protonlar, DNA’daki hidrojen bağları boyunca tünel açabilir ve genetik bilgiyi kodlayan bazları değiştirebilir.
Değiştirilmiş bazlara “totomerler” denir ve DNA bölünmesi ve replikasyon süreçlerinde hayatta kalabilir ve “transkripsiyon hatalarına” veya mutasyonlara neden olabilir.”
Dr. Slocombe’un çalışmaları Profesör Jim Al-Khalili (Fizik, Surrey) ve Dr. Marco Sacchi (Kimya, Surrey) tarafından denetlendi ve İletişim Fiziği’nde yayınlandı.
Prof. El-Halili yaptığı yorum da şöyle;
“Watson ve Crick, 50 yıldan uzun bir süre önce DNA’daki kuantum mekanik etkilerin varlığı ve önemi hakkında spekülasyon yaptılar, ancak bu mekanizma büyük ölçüde göz ardı edildi.”
Dr. Sacchi devam ediyor:
“Biyologlar genellikle tünellemenin yalnızca düşük sıcaklıklarda ve nispeten basit sistemlerde önemli bir rol oynamasını beklerler. Bu nedenle, DNA’daki kuantum etkilerini azaltma eğilimindeydiler. Çalışmamızla, bu varsayımların geçerli olmadığını kanıtladığımıza inanıyoruz.” şeklinde açıklama da bulundular.
Kaynak: scitechdaily
