量子生物学家发现酶可能是理解DNA如何突变的关键

根据萨里大学的一项新研究，酶对于控制细胞在人体内的复制方式至关重要，它可能是促使DNA自发突变的成分——可能导致永久性遗传错误。该论文发表在CommunicationsChemistry上。

萨里量子生物学博士培训中心的研究人员使用最先进的量子化学计算发现，DNA自我复制过程的一部分发生的速度比之前预测的快100倍。这一发现为假定的理论提供了新的思路，该理论表明量子效应不会存在足够长的时间而不会受到复制过程的影响。

萨里大学这项研究的合著者马克斯·温诺坎说：“我们一直认为量子力学会在生物环境中受到影响。然而，令人着迷的是，由于量子隧穿引起的突变更稳定到酶，解旋酶的作用。

“虽然其他人将解旋酶描绘成量子突变的看门人，但我们的研究表明，这种酶与这些突变的形成密切相关。”

这种著名的双螺旋结构赋予DNA非凡的稳定性，以及它在相反链上的遗传字母之间的配对规则。通常情况下，由于这些生物分子的结构不同以及这些碱基对之间形成的氢键数量不同，因此A总是与T结合，而G总是与C结合。形成这种键的质子(氢原子的原子核)偶尔​​会穿过它们，形成称为互变异构体的稀有状态。

当一个细胞开始自我复制时，它必须进行DNA复制，第一步是分离两条DNA链，以便每条链都可以用作新DNA的模板。链分离是由一种称为“解旋酶”的酶实现的，它与一条DNA链结合并将其拉过自身，从而迫使DNA分开。潜在的突变DNA碱基必须在这个过程中存活下来，才有可能导致永久性遗传错误。

然而，以前认为解旋酶作用太慢。结果，当链分开时，任何自发的点突变都会找到回到其自然且更稳定位置的方法。这项新研究开始解释量子力学效应如何可能成为基因突变及其对地球生命的许多后果的秘密的关键。此外，这份新报告发现，这种机械分离实际上可以稳定DNA的突变形式。

萨里大学的MarcoSacchi博士负责这项研究的计算工作，他说：“人们对量子效应在DNA损伤和基因突变中的作用知之甚少。我们相信我们可以阐明难以捉摸的机制只有通过整合量子物理学和计算化学才能找到DNA错误的根源。”

萨里大学量子生物学博士培训中心联合主任JimAl-Khalili教授说：“我觉得最令人兴奋的是，这项工作汇集了跨学科的前沿研究：物理学、化学和生物学，回答当今科学界最有趣的问题之一，萨里大学正迅速成为该领域的世界领导者，令人振奋的成果不断涌现。”