新研究：生物体系中的质子转移受量子力学影响
来源：新华网
新华社耶路撒冷5月16日电（记者王卓伦 陈君清）以色列一项新研究发现，生物体系中至关重要的质子转移过程不仅受到化学因素影响，还受到电子自旋这一量子特性的显著作用。这为理解细胞内能量和信息传递提供了新的物理视角，也为量子生物学和仿生技术开辟了新的研究方向。
耶路撒冷希伯来大学领衔的一个研究团队近日在美国《国家科学院学报》上发表论文说，研究人员将具有特定自旋方向的电子注入溶菌酶晶体，并观察质子在溶菌酶晶体中运动的变化。结果发现，向溶菌酶晶体中注入特定自旋方向的电子会显著降低其中质子的迁移率。实验结果直接证实，在具有单一手性结构的生物系统中，电子自旋与质子转移之间存在耦合关系，挑战了长期以来将质子转移视为纯粹化学过程的传统观点。
手性是指一个物体或分子在结构上不能与其镜像完全重合的特性。并非所有分子都具有手性，手性分子和与它互为镜像的异构体可能存在很大的性质差异。科学家此前已知，手性分子在生物系统内广泛存在，蛋白质、糖、DNA和RNA的基本单元，如氨基酸、单糖和核苷酸，均存在手性且通常以单一手性存在。
研究人员认为，新发现的机制与量子化学中的“手性诱导的自旋选择性”效应一致，后者描述了具有特定手性的分子如何与不同自旋方向的电子选择性地相互作用。这一发现意味着，生命体系中的能量与信息传递可能比先前认为的更具选择性和可控性。质子在生物体系中的运动不仅仅是化学过程，还与量子物理学有关。
公报说，该研究进一步印证了生命现象中蕴含量子机制的可能性，为量子物理学与生物化学的融合研究提供了重要例证。这一耦合机制有助于开发控制细胞内信息传递等用途的新型仿生技术。研究人员也强调，该实验是在实验室条件下在纯化的溶菌酶晶体中进行的，因此存在局限性，尚不清楚观察到的现象如何在活细胞内的复杂环境中发挥作用。