Het tunneleffect maakt DNA stabieler – spectrum van de wetenschap
Theoretische analyse van de bindingen in DNA suggereert dat kwantitatieve effecten in DNA veel meer mutaties kunnen veroorzaken dan eerder werd gedacht. Dit werd gerapporteerd door een werkgroep onder leiding van Louie Slocombe van de Universiteit van Surrey op basis van een kwantitatief mechanisch model van het basenpaar gebonden aan cytosine-guanine. Tot nu toe gingen de meeste experts ervan uit dat kwantumeffecten een onbeduidende rol spelen in de cel. Echter, zoals de groep meldde in Communication Physics, maakt het tunneleffect een alternatieve vorm van dit basenpaar met variabele binding, bekend als een tautomeer, waarschijnlijker. Onder bepaalde omstandigheden verandert het strakke basenpaar op dat moment de genetische sequentie, dus het kwantitatieve effect zorgt ervoor dat mutaties vaker voorkomen. Het team schrijft dat de bevinding verstrekkende gevolgen kan hebben voor de huidige modellen van genetische mutatie.
Het feit dat basenparen theoretisch teto-Amerikaanse motieven kunnen vormen met differentieel gerangschikte bindingen is bekend sinds de DNA-structuur werd ontcijferd. Het wordt gevormd wanneer de protonen van de waterstofbrug overschakelen naar de tegenovergestelde bindingspartner. DNA is erg gevoelig voor de positie van protonen tijdens hun replicatie. Zodra het basenpaar-tautomeer is gevormd, bindt cytosine niet aan nieuw guanine, maar bindt het eerder aan adenine vanwege de herschikte bindingen. Hierdoor ontstaat er een boom in de nieuw gevormde draad.
Het feit dat het tunneleffect kan leiden tot strakke basenparen is theoretisch beschreven. Vanwege de korte levensduur van dergelijke kwantumtoestanden was het echter voorheen onwaarschijnlijk dat kwantumeffecten relevant zouden zijn voor de biologie. Daarom werd gedacht dat de tautomeren te snel terugkeerden naar hun normale vorm om te overleven gedurende perioden van DNA-replicatie. Slocombe en zijn team beweren echter dat de snelheid van kwantumprocessen precies de grill relevant maakt.
Volgens zijn analyse gaat het proces van de kwantummechanica zo snel dat een thermisch evenwicht wordt bereikt waarin ongeveer één op de 5.000 basenparen als geluid aanwezig is. Dit is ruim boven de gemiddelde mutatiesnelheid in het menselijk genoom, dat ongeveer 25 nieuwe mutaties per miljard basenparen in elke generatie bevat. Om deze reden vermoeden experts dat de kwantummechanische instabiliteit van DNA van groot belang is voor de snelheid van mutatie.
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”