MODELOS CUÁNTICOS PARA EXPLICAR  TRES PROCESOS BIOLÓGICOS

Fuente: Catherine Offord, en TheScientist, 1 de junio de 2019

 

     En el resumen extraído de este maravilloso artículo publicado en The Scientist, se puede leer la importancia que puede llegar a tener la llamada "Biología Qántica", es decir, los pincipios de la mecánica cuántica aplicados a la biología. En este caso, se trata de 3 procesos que pueden ser resueltos mucho más eficazmente por la mecánica quántica son: la catálisis enzimática, la fotosíntesis y la magnetorecepción aviar.

     Mientras que las teorías cuánticas describen con precisión el comportamiento de las partículas individuales que componen la materia, los científicos han presumido hasta ahora que la acción conjunta de millones de partículas que se mueven a temperatura ambiente anula cualquier efecto cuántico extraño, y que entonces la explicación de los fenónmenos físicos y bológicos debe recurrir a la Mecánica Clásica fde Isaac Newton y otros. Es por eso que los experimentos quánticos así como los primeros computadores quánticos actuales strabajan a temperaturas cercanas al cero absoluto, precisamente para eliminar en lo psoible el ruido de fondo.

     Bien, ahora se ve en este artículos que aún así, los modelos cuánticos sí pueden ayudar enormemente a explicar mejor los procesos biológicos.

 

1.- En la catálisis de una reacción, tradicionalmente ek enzima favorece que la energía necesaria para activar la molécula que es el sustrato sea menor y por ello la reacción se produce más facil y rápidamente. Ello se hace favoreciendo la activación de los átomos de hidrógeno dentro del centro activo del enzima (curva B). Ahora que se ha descubierto por diversos experimentos que en condiciones e excesiva cercanía entre el donador y el  aceptor de hidrógeno en el interior del centro activo enzimático (.20-.20 nanómetros) se produce una especie de "efecto túnel" ("tunneling" en inglés) que favorece el traspaso de esa estrecha barrera entre pequeñas partículas atómicas. Así se rebaja aún más el nivel energético en el que se produce la catálisis (curva C).  Aunque aún no se sabe cuán grande es ese efecto, la experiencia parece demostrar su existencia. Incluso se piensa, como el físico Chiara Marletto, una física de la Universidad de Oxford que, no solo la teoría cuántica sinfluye en los sistemas biológicos, sino que es probable que dichos sistemas utilicen la física cuántica para mejorarar sus funciones.

2.- La biosíntesis es otro proceso biológico que probablemente utilice las propiedades cuánticas. La luz crea un excitón, una cuasipartícula (electrón cargado energéticamente y un hueco) que se va traspasando de una molécula de clorofila a otra de una manera aleatoria, conlo que se pierde bastante energía e incluso puede que el excitón no llegué al centro activo.

     Según el modelo tradicional o "incoherente" de este proceso, la ruta del excitón al centro de reacción es más o menos aleatoria. Debido a que se puede perder energía durante el proceso de transferencia, ese camino puede terminar siendo un desperdicio. Sin embargo, cuando el proceso de transferencia de energía es "cuánticamente coherente", es decir, el excitón viaja como una onda, éste explora todos los caminos posibles simultáneamente y solo tomar la ruta más eficiente.

Origen del gráfico: The Scientist, 1 de junio de 2019.

3.- La magnetorrecepción aviar puede fundamentarse también en las propiedades cuánticas de pares de electrones entre citocromos adyacentes, proteínas presentes en la retina de las aves. Las aves pueden detectar la dirección de los campos magnéticos gracias a la rotación de aunos de estos pares de electrones.

Según el modelo de pares radicales de magnetorrecepción aviar, el criptocromo, una proteína presente en la retina de las aves.