Ang electron tunneling nga nalangkit sa ferritin gisugyot niadto pang 1988, apan gitan-aw gihapon kini nga maduhaduhaon bisan pa sa daghang ebidensya nga kini nahitabo. Sa among bag-o nga papel nga gipatik sa Mga Transaksyon sa IEEE sa Molecular, Biological ug Multi-Scale Communicationsang akong kaubang tagsulat ug ako nagrepaso sa ebidensiya sa electron tunneling sa ferritin, ingon man sa ebidensiya nga ang maong electron tunneling mahimong gamiton sa biological nga mga sistema nga naglakip sa retina, cochlea, macrophage, glial cells, mitochondria ug magnetosensory system.
Samtang kining lain-laing mga sistema nahulog sa lain-laing mga natad sa pagtuon, kami nanghinaut nga kini nga artikulo makapataas sa kahibalo sa mekanismo sa electron tunneling nga may kalabutan sa ferritin ug magdasig sa dugang nga panukiduki sa maong panghitabo sa biological nga mga sistema nga naglakip sa ferritin, ilabi na kung walay dayag nga panginahanglan. ang iron storage functions sa ferritin sa maong mga sistema.
Usa ka mubo nga kasaysayan sa panukiduki sa ferritin ug ferritin
Ang Ferritin usa ka iron storage protein nga nag-assemble sa kaugalingon ngadto sa 12-nanometer diameter spherical shell nga 2 nanometer ang gibag-on, ug kini makatipig hangtod sa ~4,500 iron atoms sa 8-nanometer diameter core. Uban sa usa ka ebolusyonaryong kasaysayan nga morag milungtad og kapin sa 1.2 ka bilyon ka tuig, kini daw karaan na, apan angayng hinumdoman nga ang single-celled nga mga organismo gituohan nga unang mi-evolve ~3.5 bilyon ka tuig ang milabay. Sa ingon, mahimo’g mokabat ug kapin sa 2 bilyon ka tuig aron molambo ang ferritin. Sa dihang ang unang multicellular nga mga organismo milambo ~600 milyones ka tuig kanhi, ang mga membro sa ferritin nga pamilya sa mga protina lagmit anaa, ug kini makita karon sa halos tanang tanom ug mananap.
Ang unang sugyot nga ang ferritin mahimong adunay pipila ka quantum mechanical properties gihimo niadto pang 1988, 88 ka tuig human sa pagkadiskobre sa quantum mechanics ug walo ka tuig human sa pagkadiskobre sa quantum dots, semiconductor nanoparticle nga naglihok sama sa artipisyal nga mga atomo ug nga susama sa gidak-on sa ferritin. Ang quantum mekanikal nga mga kabtangan naglakip sa magnetic nga kinaiya nga mitumaw gikan sa paagi sa puthaw porma kristal nga mga istruktura sa kinauyokan sa ferritin shell, ug electron tunneling.
Ang sunod nga mga pagtuon nga gihisgutan sa papel naghatag daghang ebidensya nga adunay ingon nga quantum mechanical properties. Bisan pa, ang mga kabtangan sa kini nga bilyon-ka-tuig nga biostructure makita nga kasagaran giisip nga usa ka pagkamausisaon o artifact, ug dili usa ka quantum biological agent. Ang quantum biology isip usa ka pagtuon gitan-aw uban ang pagduhaduha sa mga biologist ug daghang uban pang mga siyentista (bisan tuod daghan sa mga siyentipiko nga nakadiskobre sa quantum mechanics kapin sa 100 ka tuig ang milabay nagtuo nga kini magamit sa biology), apan kini usa ka nagtubo nga natad nga adunay panukiduki nga gipahigayon. sa kadaghanan sa mga nanguna nga unibersidad, sama sa Caltech, Yale, Unibersidad sa Chicago ug UCLA.
Unsa ang electron tunneling?
Ang quantum mechanics nagsugyot nga ang pisikal nga mga kabtangan sa mga electron, protons, neutrons ug uban pang mga butang nga gitawag nga subatomic “mga partikulo” gihubit sa termino sa posibilidad nga mga balud. Ang eksperimento nga ebidensya sa kinaiya nga sama sa balud sa kini nga mga partikulo nakuha ug sa kadaghanan gidawat. Kadtong mga balud gihulagway sa mga eksperimento ingon usa ka posibilidad nga makit-an ang usa ka pisikal nga kabtangan sa partikulo sa usa ka lokasyon sa oras ug wanang, nga usahay gitawag nga “pagkahugno” sa function sa balud.
Bisan pa, wala’y pagbag-o bahin sa partikulo kung kini nahugno, gawas sa pamatasan sa function sa balud. Kung ang function sa balud molihok uyon sa function sa balud sa Schrödinger, mahimo kini tawgon nga “coherent,” ug kung kini makig-uban sa ubang mga partikulo ug dili na molihok uyon sa kana nga function sa balud, mahimo kini tawgon nga “incoherent.”
Ang spatial wave-like properties sa mga electron sa usa ka vacuum mahimong adunay wavelength nga mga 5 nanometer sa temperatura sa lawak, nga mahinungdanon alang sa molekular nga interaksyon. Ang mga electron mahimong maglihok taliwala sa mga molekula kung sila “maghikap” sa usag usa (pag-ila nga ang mga function sa balud sa mga atomo ug mga sub-atomic nga partikulo sa mga molekula mao ang aktuwal nga nakig-uban), nga mahimo’g gitawag nga adiabatic o klasikal nga pamatasan, apan sa ilawom sa sa husto nga mga kondisyon, ang usa ka electron mahimong “tunnel” tali sa mga molekula, nga nagpasabot nga kini makita nga mobalhin gikan sa usa ka molekula ngadto sa laing molekula sa paagi nga dili itugot sa adiabatic o klasikal nga kinaiya. Walay bisan unsa nga misteryoso mahitungod niini, kini usa lamang ka pisikal nga kabtangan sa mga electron, apan tungod kay ang wave function kay usa ka probability wave, kini daw misteryoso.
Gipakita sa pipila sa akong mga kauban nga tagsulat nga ang mga electron makita nga tunnel sa mga distansya nga hangtod sa 12 nm pinaagi sa ferritin sa sunud-sunod nga mga panghitabo sa tunneling, ug nga ang dili kasagaran nga magnetic nga mga kabtangan sa kinauyokan nga mga materyales sa ferritin mahimo’g adunay kalabotan sa kini nga talagsaon nga taas nga distansya sa tunneling sa electron. . Ang maong trabaho gibase sa gitawag nga “solid state” nga mga eksperimento, nga wala maglambigit sa buhing biolohikal nga mga sistema. Tungod kay ang electron tunneling dili direkta nga maobserbahan, kini kinahanglan nga mahibal-an gikan sa ubang mga ebidensya sama sa gisukod nga mga sulog ug mga boltahe. Sa biolohikal nga mga sistema, mahimong mas lisud ang pagkuha og ebidensya sa maong electron tunneling, apan dili kini imposible.
Electron tunneling sa biological nga mga sistema nga adunay ferritin
Adunay ubay-ubay nga gisugyot nga mga reaksiyon sa selula nga nalangkit sa electron tunneling sa ferritin. Ang una mao ang pagtipig sa elektron. Sa mga pagsulay sa laboratoryo sa gawas sa mga selula, nga usahay gitawag nga “in vitro” alang sa Latin nga termino nga nagkahulogang “sa bildo,” ang abilidad sa ferritin sa solusyon sa tubig sa pagtipig sa mga electron sulod sa pipila ka oras gipakita. Talagsaon kini, tungod kay gilauman nga ang puthaw nga gitipigan sa sulod sa ferritin ipagawas sa diha nga ang usa ka electron madawat, apan dili kana mahitabo dayon. Kini nga obserbasyon nagpakita nga ang mga electron dili daling mapahigayon pinaagi sa insulating protein shell pinaagi sa classical conduction, ug nga sa baylo sila molihok electrochemically o pinaagi sa tunneling.
Gipakita usab sa ebidensiya nga ang mga electron makahimo sa tunnel nga mga distansya nga hangtod sa 8 nanometer sa usa ka tunneling event pinaagi sa ferritin sa solid state nga mga pagsulay, mao nga posible nga ang mga electron nga gitipigan sulod sa ferritin core mahimong tunnel sa mga molekula sa gawas sa 2-nanometer-gibag-on. protina kabhang, sama sa free radicals nga adunay mga lebel sa enerhiya nga nagtugot kanila sa pagdawat electron. Kini nga mga libre nga radikal mahimong makakuha og mga electron gikan sa ubang mga molekula ug hinungdan sa kadaot sa cellular, ug ang pag-neutralize sa mga libre nga radikal pinaagi sa pagdonar sa usa ka electron usa sa mga gimbuhaton sa mga antioxidant.
Ang Ferritin nakig-uban sa mga antioxidant sama sa ascorbic acid (nailhan nga labi ka sagad nga bitamina C) sa usa ka cellular nga palibot sa usa ka paagi nga nagpalig-on sa gitipig nga puthaw, ug kini usab sobra nga gipahayag isip tubag sa mga libre nga radikal. Kung ang ferritin makahimo sa pagtipig sa mga electron gikan sa mga antioxidant aron mahimo kini nga magamit sa mga libre nga radikal pinaagi sa electron tunneling, mahimo’g mapauswag niini ang pagkaepektibo sa reaksyon sa pag-neutralize pinaagi sa pagtugot sa mga electron nga makaabut sa mga libre nga radikal nga labi ka layo ug pinaagi sa pagtipig sa mga electron hangtod nga gikinahanglan kini. .
Kung ang bugtong function sa ferritin mao ang pagtipig sa puthaw, dili kana makatarunganon sa mga sitwasyon diin ang gigikanan sa mga libre nga radical, panghubag ug ROS dili sobra nga puthaw, nga kanunay nga mahitabo. Ang pagkakomplikado sa paagi sa paggamit sa mga selyula sa puthaw, nga nailhan nga iron homeostasis, nakapalisud sa pag-ila sa electron tunneling nga nalangkit sa ferritin.
Ang laing gisugyot nga quantum biological function alang sa electron tunneling sa ferritin mao ang electron transport sa mga cellular distance. Sa usa ka matang sa selula nga gitawag ug M2 macrophage, ang ferritin mahimong maporma nga medyo regular nga pagkahan-ay nga mga istruktura nga daw gigamit sa mga macrophage aron mahatagan ang ferritin sa usa ka selula nga gitabangan sa macrophage. Pananglitan, ang mga macrophage nalangkit sa pagtaas sa lebel sa ferritin nga nalangkit sa pipila ka mga kanser ug makita nga makatabang sa mga selula sa kanser sa pag-neutralize sa panghubag.
Ang mga antioxidant mahimo usab nga makatabang sa pipila ka mga selula sa kanser nga mabuhi pinaagi sa paghatag ug mga electron sa pag-neutralize sa mga free radical ug ROS, apan kung wala ang mga antioxidant sa mga selyula, posible ba nga ang mga electron mag-tunnel sa mga istruktura sa ferritin sa M2 macrophage ngadto sa ferritin sa ubang mga selyula? Anaa usab ang ebidensya sa kana nga function.
Sa gamay nga anggulo nga neutron scattering (SANS) nga mga pagsulay nga gihimo ni Dr. Olga Mykhaylyk sa placental tissue nga naglakip sa macrophage, ang dugang nga neutron scattering gisukod nga wala sa bulk ferritin nga gikuha gikan sa mga tisyu. Ang pagsabwag sa neutron mahimong mahitabo sa mga solido nga adunay mga nanoparticle nga adunay aligned magnetic moments, ug kini nga mga pagsulay nagpakita nga ang ferritin sa placental tissue nga adunay mga macrophage nag-align sa magnetic moments.
Ang mga pagsulay sa SANS gihimo usab sa self-assembled monolayers (SAMs) sa ferritin ni Prof. Heinz Nakotte nga nagpakita sa neutron scattering, ug ang mga pagsulay nga akong gihimo uban ni Prof. Cai Shen nagpakita nga ang self-assembled multilayers sa ferritin susama sa M2 macrophage. dili lamang makahimo sa pagpahigayon sa mga electron sa mga gilay-on nga ingon kadako sa 80 microns sa vitro apan nakahimo usab sa pag-ruta sa mga electron gamit ang pisikal nga mekanismo nga nailhan nga Coulomb blockade.
Ang pag-routing sa mga electron ngadto sa ferritin diin sila gikinahanglan alang sa pagwagtang sa mga free radical, panghubag ug ROS sa mga selula maoy laing gisugyot nga quantum biological function, apan tungod kay ang electron tunneling dili direktang maobserbahan, dugang nga panukiduki aron masusi nga ang hypothesis gikinahanglan.
Panapos ug sunod nga mga lakang
Kining bag-ong papel sa Mga Transaksyon sa IEEE naghatag ug dugang nga mga detalye kon sa unsang paagi kining mga bloke sa pagtukod sa mga function sa electron tunneling mahimong magamit sa lain-laing biological nga sistema nga adunay ferritin, apan kini magdepende sa mga tigdukiduki sa lain-laing natad sa pagtuon alang niadtong biological nga mga sistema sa pagdesinyo sa mga pagsulay ug sa pag-imbestigar kung ang electron tunneling ba nahitabo.
Daghang mga tigdukiduki sa biology ang wala makasabut sa electron tunneling ug nagduhaduha sa quantum biology, mao nga mahimo nga mga dekada una kini nga mga pangutana matubag ug magamit sa paghimo og mga pagtambal alang sa kanser, pagkabuta, pagkabungol ug uban pang mga sakit. Gilauman, kini nga papel makatabang sa pagpataas sa kahibalo ug pagpauswag sa dugang nga panukiduki kung ug giunsa paggamit sa mga biological nga sistema ang napamatud-an nga panghitabo sa electron tunneling sa ferritin.
Kini nga istorya kabahin sa Science X Dialog, diin ang mga tigdukiduki mahimong magreport sa mga nahibal-an gikan sa ilang gipatik nga mga artikulo sa panukiduki. Bisitaha kini nga panid alang sa kasayuran bahin sa ScienceX Dialog ug kung giunsa ang pag-apil.
Dugang impormasyon:
Ismael Diez Perez et al, Electron Tunneling sa Ferritin ug Associated Biosystems, Mga Transaksyon sa IEEE sa Molecular, Biological ug Multi-Scale Communications (2023). DOI: 10.1109/TMBMC.2023.3275793
Bio: Si Chris Rourk usa ka citizen scientist ug patent attorney nga nagpahigayon og research sa quantum biological nga mga proseso nga naggamit sa electron tunneling nga may kalabutan sa ferritin sukad sa 2017. Siya usa ka kanhi research scientist ug nakadawat sa iyang BSEE sa 1985 ug M.Eng. niadtong 1987.
Citation: Electron tunneling nga may kalabutan sa ferritin in vivo sa retina, ang cochlea, macrophage ug uban pang mga tisyu (2023, Hunyo 27) nakuha 9 Hulyo 2023 gikan sa https://phys.org/news/2023-06-electron-tunneling-ferritin- vivo-retina-1.html
Kini nga dokumento gipailalom sa copyright. Gawas sa bisan unsang patas nga pakigsabot alang sa katuyoan sa pribadong pagtuon o panukiduki, walay bahin ang mahimong kopyahon nga walay sinulat nga pagtugot. Ang sulud gihatag alang sa katuyoan sa kasayuran lamang.