Twee natuurkundigen van de Universiteit van Luxemburg hebben nu ondubbelzinnig aangetoond dat kwantummechanische golfachtige interacties inderdaad cruciaal zijn, zelfs op de schaal van natuurlijke biologische processen.

Kwantumgolfachtig gedrag speelt een sleutelrol in de moderne wetenschap en technologie, met toepassingen van kwantummechanica, variërend van lasers en snelle glasvezelcommunicatie, tot kwantumcomputers en fotosynthese in planten. Een natuurlijke vraag is of kwantumgolfverschijnselen ook relevant kunnen zijn voor structuurvorming en dynamische processen in biologische systemen in levende cellen. Deze vraag is tot nu toe niet overtuigend beantwoord vanwege het gebrek aan efficiënte kwantummethoden die toepasbaar zijn op systemen zo groot als hele eiwitten onder fysiologische omstandigheden (d.w.z. gesolvateerd in water en bij kamertemperatuur).

Nu aan het schrijven wetenschappelijke vooruitgang , Prof. Alexandre Tkatchenko en doctoraal onderzoeker Martin Stöhr van de afdeling Natuurkunde en Materiaalkunde aan de Universiteit van Luxemburg hebben voor het eerst het vouwproces van eiwitten in water onderzocht met behulp van een volledig kwantummechanische behandeling. Eiwitvouwing is het fysieke proces waarbij een keten van aminozuren zijn oorspronkelijke biologisch functionele structuur verkrijgt als gevolg van interacties tussen aminozuren en de invloed van het omringende water. Een belangrijke nieuwe bevinding van de huidige studie is dat de interactie tussen het eiwit en het omringende water moet worden beschreven door kwantummechanisch golfachtig gedrag, wat ook cruciaal blijkt te zijn in de dynamiek van het eiwitvouwproces.

"De persistentie van kwantumgolfachtig gedrag in biomoleculaire systemen opent een nieuw paradigma voor het verklaren van enkele van de fundamentele processen in de biologie, " zegt Martin Stöhr, de eerste auteur van de studie. Een correct microscopisch begrip van biologische processen is de sleutel om specifiek de functie en disfunctie in cellen aan te pakken, zoals gewenst in de moderne geneeskunde, bijvoorbeeld.

"Vooruit, we voorzien een grote rol van kwantuminteracties voor de biomoleculaire machinerie, variërend van eiwitassemblage tot de functie van enzymen, " legt prof. Alexandre Tkatchenko uit, de corresponderende auteur van de studie.

Als onderdeel van verschillende nationale en internationale samenwerkingsverbanden, de resultaten van deze studie hebben al geleid tot verder uitgebreid onderzoek naar hoe kwantumeffecten een verscheidenheid aan biologische verschijnselen kunnen vormen.