Gdy ludzkie ciało łamie prawa fizyki

Fizyka kwantowa to dziedzina nauki, która zrodziła się z bólu. Bólu po mocnym uderzeniu głową w teoretyczny sufit zwykłej fizyki, która nie daje sobie rady z pewnymi zjawiskami. A co zrobić, gdy biologia opuszcza ręce w rezygnacji podczas badania (nie tylko) ludzkiego ciała? Witamy na wydziale biochemii kwantowej.

Gdy ludzkie ciało łamie prawa fizyki
Mariusz Kamiński

06.02.2012 | aktual.: 14.01.2022 10:03

Fizyka kwantowa to dziedzina nauki, która zrodziła się z bólu. Bólu po mocnym uderzeniu głową w teoretyczny sufit zwykłej fizyki, która nie daje sobie rady z pewnymi zjawiskami. A co zrobić, gdy biologia opuszcza ręce w rezygnacji podczas badania (nie tylko) ludzkiego ciała? Witamy na wydziale biochemii kwantowej.

Słowem kluczem do dalszych rozważań jest enzym. Wszystkie komórki, jakie znajdują się w naszym ciele, przechodzą różnego rodzaju procesy chemiczne. Żaden z tych procesów nie mógłby mieć miejsca, gdyby nie enzymy - substancje, dzięki którym te reakcje zachodzą bardzo szybko. Na tyle szybko, że życie jest w ogóle możliwe.

Kataliza wbrew zasadom

Jak przebiega kataliza enzymatyczna z punktu widzenia zwykłej mechaniki? Większość naukowców odpowie: to bardzo dobre pytanie! I zaraz potem zaczną się kłócić. Tak naprawdę, nikt nie jest w stanie dać jednoznacznej odpowiedzi. Ponadto nie tylko świat nauki czeka na poznanie tego mechanizmu. Na efekty naukowych dociekań czekają między innymi koncerny chemiczne, dla których możliwość przeprowadzania błyskawicznych przemian biochemicznych byłaby żyłą złota i krokiem milowym dla wielu dziedzin gospodarki. Owszem, produkuje się sztuczne enzymy, ale ich wydajność jest kilkukrotnie niższa niż wydajność enzymów naturalnych.

fot. Wikipedia CC
fot. Wikipedia CC

Niesamowita wydajność enzymów naturalnych łamie zasady fizyki. Wedle współczesnych praw mechaniki błyskawiczna kataliza enzymatyczna nie ma prawa zachodzić. Zastosowano więc wybieg znany już w świecie fizyki, a mianowicie opracowano model kwantowy.

Tunelem przez dogmaty

Jak to jest, że cząsteczka przedostaje się przez barierę, przez którą nie ma prawa się przedostać? Fizyka klasyczna odpowie, że jest to niemożliwe. Fizyka kwantowa z kolei stworzy tunel...

W tym przypadku powinniśmy mówić o biochemii kwantowej. Otóż zgodnie z jej ustaleniami podczas łączenia się substratu z enzymem dochodzi do zjawiska tunelowania. W normalnym świecie zasada zachowania energii mówi, że cząstka nie może przejść przez tak zwany obszar zakazany, gdyż jej własna, zbyt mała energia nie pozwoliłaby jej na to. Podczas tunelowania cząsteczka pożycza energię z zewnątrz i przedostaje się na drugą stronę bariery. No i nie zapominajmy o najważniejszym: wszystko to jest możliwe, bo materia może być jednocześnie cząsteczką i falą.

Oto tunelowanie w praktyce. Ledwie widzialna plamka po prawej stronie to elektrony, które pokonały barierę poprzez tunel kwantowy
Oto tunelowanie w praktyce. Ledwie widzialna plamka po prawej stronie to elektrony, które pokonały barierę poprzez tunel kwantowy

Upraszczając całość (sic!) - zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga istnieje prawdopodobieństwo, że cząstka zaistnieje po drugiej stronie bariery bez żadnego dowodu na jej przekroczenie. Inaczej - magia podparta nauką!

Ale to nie wszystko...

Zjawisko tunelowe nie do końca jednak tłumaczy superwydajne działanie enzymów. Okazuje się, że enzymy wywołują zmodyfikowane zjawisko tunelowe, specjalnie przystosowane do ich działania. Spowodowane jest to tym, że enzymy ciągle zmieniają własną strukturę, podobnie jak proteiny. Naukowcy, stosując standardowy model matematyczny, nie są w stanie dokładnie opisać procesu tunelowania właśnie przez tę zmienną.

Laikom mechanika kwantowa kojarzy się z fantastycznymi rozważaniami i nierealnymi rozwiązaniami. Do tej pory istniała ona gdzieś daleko od nas i dotyczyła spraw kosmicznych. Teraz okazuje się, że wtargnęła do naszych ciał. Jak się z tym czujecie? :-)

Źródło: Nature Chemistry

Źródło artykułu:WP Gadżetomania
Wybrane dla Ciebie
Komentarze (0)
© Gadżetomania
·

Pobieranie, zwielokrotnianie, przechowywanie lub jakiekolwiek inne wykorzystywanie treści dostępnych w niniejszym serwisie - bez względu na ich charakter i sposób wyrażenia (w szczególności lecz nie wyłącznie: słowne, słowno-muzyczne, muzyczne, audiowizualne, audialne, tekstowe, graficzne i zawarte w nich dane i informacje, bazy danych i zawarte w nich dane) oraz formę (np. literackie, publicystyczne, naukowe, kartograficzne, programy komputerowe, plastyczne, fotograficzne) wymaga uprzedniej i jednoznacznej zgody Wirtualna Polska Media Spółka Akcyjna z siedzibą w Warszawie, będącej właścicielem niniejszego serwisu, bez względu na sposób ich eksploracji i wykorzystaną metodę (manualną lub zautomatyzowaną technikę, w tym z użyciem programów uczenia maszynowego lub sztucznej inteligencji). Powyższe zastrzeżenie nie dotyczy wykorzystywania jedynie w celu ułatwienia ich wyszukiwania przez wyszukiwarki internetowe oraz korzystania w ramach stosunków umownych lub dozwolonego użytku określonego przez właściwe przepisy prawa.Szczegółowa treść dotycząca niniejszego zastrzeżenia znajduje się  tutaj.