Biologia quântica

A biologia quântica refere-se às aplicações da mecânica quântica e da química teórica aos objetos e problemas biológicos.^[1] Muitos processos biológicos envolvem a conversão de energia em formas que são utilizáveis para transformações químicas e são de natureza mecânica quântica. Tais processos envolvem reações químicas, absorção de luz, formação de estados eletrônicos excitados, transferência de energia de excitação e transferência de elétrons e prótons (íons de hidrogênio) em processos químicos, como fotossíntese, olfação e respiração celular.^[2]

História

A biologia quântica é um campo emergente; A maior parte da pesquisa atual é teórica e sujeita a questões que exigem maior experimentação. Embora o campo tenha recebido recentemente apenas um influxo de atenção, ele foi conceituado por físicos durante todo o século XX.^[3] Os primeiros pioneiros da física quântica viram aplicações da mecânica quântica em problemas biológicos. O livro de 1944 de Erwin Schrödinger, What is Life?, discutiu aplicações da mecânica quântica em biologia.^[4]

Aplicações

Fotossíntese

Organismos que sofrem fotossíntese inicialmente absorvem energia luminosa através do processo de excitação eletrônica em uma antena.^[5] Esta antena varia entre organismos. Bactérias podem usar estruturas semelhantes a anéis como antenas, enquanto plantas e outros organismos usam pigmentos de clorofila para absorver fótons. Essa excitação eletrônica cria uma separação de carga em um local de reação que é posteriormente convertido em energia química para a célula a ser usada. No entanto, essa excitação eletrônica deve ser transferida de maneira eficiente e oportuna, antes que a energia seja perdida em fluorescência ou em movimento vibracional térmico.^[6]

Mutação do DNA

O ácido desoxirribonucleico, DNA, atua como instruções para a produção de proteínas em todo o corpo. Consiste de 4 nucleotídeos guanina, timina, citosina e adenina.^[7] A ordem desses nucleotídeos dá a “receita” para as diferentes proteínas.^[8]

Outras aplicações biológicas

Outros exemplos de fenômenos quânticos em sistemas biológicos incluem a conversão de energia química em movimento^[9] e motores brownianos em muitos processos celulares.^[10]

Referências

↑ Quantum Biology. University of Illinois at Urbana-Champaign, Theoretical and Computational Biophysics Group.
↑ Brookes, J. C. (2017). «Quantum effects in biology: golden rule in enzymes, olfaction, photosynthesis and magnetodetection». Proceedings of the Royal Society A. 473 (2201): 20160822. Bibcode:2017RSPSA.47360822B. PMC 5454345. PMID 28588400. doi:10.1098/rspa.2016.0822
↑ Joaquim, Leyla; Freira, Olival; El-Hani, Charbel (setembro 2015). «Quantum Explorers: Bohr, Jordan, and Delbruck Venturing into Biology». Physics in Perspective. 17 (3): 236–250. Bibcode:2015PhP....17..236J. doi:10.1007/s00016-015-0167-7
↑ Margulis, Lynn; Sagan, Dorion (1995). What Is Life?. Berkeley: University of California Press. p. 1
↑ Dostál, Jakub; Mančal, Tomáš; Augulis, Ramūnas; Vácha, František; Pšenčík, Jakub; Zigmantas, Donatas (18 de julho de 2012). «Two-dimensional electronic spectroscopy reveals ultrafast energy diffusion in chlorosomes». Journal of the American Chemical Society. 134 (28): 11611–11617. ISSN 1520-5126. PMID 22690836. doi:10.1021/ja3025627
↑ Engel GS, Calhoun TR, Read EL, Ahn TK, Mancal T, Cheng YC, et al. (2007). «Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems.». Nature. 446 (7137): 782–6. Bibcode:2007Natur.446..782E. PMID 17429397. doi:10.1038/nature05678
↑ «DNA and Mutations». evolution.berkeley.edu. Consultado em 5 de novembro de 2018
↑ Trixler, Frank (agosto 2013). «Quantum Tunnelling to the Origin and Evolution of Life». Current Organic Chemistry. 17 (16): 1758–1770. ISSN 1385-2728. PMC 3768233. PMID 24039543. doi:10.2174/13852728113179990083
↑ Levine, Raphael D. (2005). Molecular Reaction Dynamics. [S.l.]: Cambridge University Press. pp. 16–18. ISBN 978-0-521-84276-1
↑ Harald Krug; Harald Brune; Gunter Schmid; Ulrich Simon; Viola Vogel; Daniel Wyrwa; Holger Ernst; Armin Grunwald; Werner Grunwald; Heinrich Hofmann (2006). Nanotechnology: Assessment and Perspectives. [S.l.]: Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K. pp. 197–240. ISBN 978-3-540-32819-3

[1] Quantum Biology. University of Illinois at Urbana-Champaign, Theoretical and Computational Biophysics Group.

[2] Brookes, J. C. (2017). «Quantum effects in biology: golden rule in enzymes, olfaction, photosynthesis and magnetodetection». Proceedings of the Royal Society A. 473 (2201): 20160822. Bibcode:2017RSPSA.47360822B. PMC 5454345. PMID 28588400. doi:10.1098/rspa.2016.0822

[:0-3] Joaquim, Leyla; Freira, Olival; El-Hani, Charbel (setembro 2015). «Quantum Explorers: Bohr, Jordan, and Delbruck Venturing into Biology». Physics in Perspective. 17 (3): 236–250. Bibcode:2015PhP....17..236J. doi:10.1007/s00016-015-0167-7

[4] Margulis, Lynn; Sagan, Dorion (1995). What Is Life?. Berkeley: University of California Press. p. 1

[5] Dostál, Jakub; Mančal, Tomáš; Augulis, Ramūnas; Vácha, František; Pšenčík, Jakub; Zigmantas, Donatas (18 de julho de 2012). «Two-dimensional electronic spectroscopy reveals ultrafast energy diffusion in chlorosomes». Journal of the American Chemical Society. 134 (28): 11611–11617. ISSN 1520-5126. PMID 22690836. doi:10.1021/ja3025627

[6] Engel GS, Calhoun TR, Read EL, Ahn TK, Mancal T, Cheng YC, et al. (2007). «Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems.». Nature. 446 (7137): 782–6. Bibcode:2007Natur.446..782E. PMID 17429397. doi:10.1038/nature05678

[7] «DNA and Mutations». evolution.berkeley.edu. Consultado em 5 de novembro de 2018

[:02-8] Trixler, Frank (agosto 2013). «Quantum Tunnelling to the Origin and Evolution of Life». Current Organic Chemistry. 17 (16): 1758–1770. ISSN 1385-2728. PMC 3768233. PMID 24039543. doi:10.2174/13852728113179990083

[9] Levine, Raphael D. (2005). Molecular Reaction Dynamics. [S.l.]: Cambridge University Press. pp. 16–18. ISBN 978-0-521-84276-1

[10] Harald Krug; Harald Brune; Gunter Schmid; Ulrich Simon; Viola Vogel; Daniel Wyrwa; Holger Ernst; Armin Grunwald; Werner Grunwald; Heinrich Hofmann (2006). Nanotechnology: Assessment and Perspectives. [S.l.]: Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K. pp. 197–240. ISBN 978-3-540-32819-3

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