Due fisici dell'Università del Lussemburgo hanno ora dimostrato senza ambiguità che le interazioni quantomeccaniche simili a onde sono davvero cruciali anche alla scala dei processi biologici naturali.

Il comportamento ondulatorio quantistico gioca un ruolo chiave nella scienza e nella tecnologia moderne, con applicazioni della meccanica quantistica che vanno da laser e comunicazioni in fibra ad alta velocità, ai computer quantistici e alla fotosintesi nelle piante. Una domanda naturale è se i fenomeni delle onde quantistiche potrebbero essere rilevanti anche per la formazione di strutture e processi dinamici nei sistemi biologici nelle cellule viventi. Questa domanda non è stata affrontata in modo convincente fino ad ora a causa della mancanza di metodi quantistici efficienti applicabili a sistemi grandi come proteine ​​intere in condizioni fisiologiche (cioè solvatate in acqua e a temperatura ambiente).

Ora scrivendo Progressi scientifici , Il prof. Alexandre Tkatchenko e il dottorando Martin Stöhr del Dipartimento di fisica e scienza dei materiali dell'Università del Lussemburgo hanno studiato per la prima volta il processo di ripiegamento delle proteine ​​nell'acqua utilizzando un trattamento completamente quantomeccanico. Il ripiegamento delle proteine ​​è il processo fisico mediante il quale una catena di amminoacidi acquisisce la sua struttura biologicamente funzionale nativa a causa delle interazioni tra gli amminoacidi e l'influenza dell'acqua circostante. Una nuova scoperta chiave del presente studio è che l'interazione tra la proteina e l'acqua circostante deve essere descritta da un comportamento ondulatorio quantomeccanico, che risulta essere critico anche nella dinamica del processo di ripiegamento delle proteine.

"La persistenza del comportamento ondulatorio quantistico nei sistemi biomolecolari apre un nuovo paradigma per spiegare alcuni dei processi fondamentali in biologia, "dice Martin Stöhr, il primo autore dello studio. Una corretta comprensione microscopica dei processi biologici è la chiave per indirizzare specificamente la funzione e la disfunzione nelle cellule come desiderato nella medicina moderna, ad esempio.

"Andare avanti, prevediamo un ruolo importante delle interazioni quantistiche per il macchinario biomolecolare che va dall'assemblaggio delle proteine ​​alla funzione degli enzimi, " spiega il prof. Alexandre Tkatchenko, il corrispondente autore dello studio.

Nell'ambito di diverse collaborazioni nazionali ed internazionali, i risultati di questo studio hanno già motivato ulteriori indagini complete su come gli effetti quantistici possono modellare una varietà di fenomeni biologici.