論文の概要: Quantum transport and utilization of free energy in protein
$\alpha$-helices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2003.13814v1
- Date: Wed, 18 Mar 2020 16:56:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-28 19:58:18.485568
- Title: Quantum transport and utilization of free energy in protein
$\alpha$-helices
- Title（参考訳）: タンパク質$\alpha$-helicesにおける自由エネルギーの量子輸送と利用
- Authors: Danko D. Georgiev, James F. Glazebrook
- Abstract要約: 量子トンネルとダヴィドフソリトンによる干渉は、触媒的に活性な高分子タンパク質複合体を提供する。
結果は生物学的システムにおける量子効果の非自明な役割を支持する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The essential biological processes that sustain life are catalyzed by protein
nano-engines, which maintain living systems in far-from-equilibrium ordered
states. To investigate energetic processes in proteins, we have analyzed the
system of generalized Davydov equations that govern the quantum dynamics of
multiple amide I exciton quanta propagating along the hydrogen-bonded peptide
groups in $\alpha$-helices. Computational simulations have confirmed the
generation of moving Davydov solitons by applied pulses of amide I energy for
protein $\alpha$-helices of varying length. The stability and mobility of these
solitons depended on the uniformity of dipole-dipole coupling between amide I
oscillators, and the isotropy of the exciton-phonon interaction. Davydov
solitons were also able to quantum tunnel through massive barriers, or to
quantum interfere at collision sites. The results presented here support a
nontrivial role of quantum effects in biological systems that lies beyond the
mechanistic support of covalent bonds as binding agents of macromolecular
structures. Quantum tunneling and interference of Davydov solitons provide
catalytically active macromolecular protein complexes with a physical mechanism
allowing highly efficient transport, delivery, and utilization of free energy,
besides the evolutionary mandate of biological order that supports the
existence of such genuine quantum phenomena, and may indeed demarcate the
quantum boundaries of life.
- Abstract（参考訳）: 生命を維持する重要な生物学的プロセスは、タンパク質ナノエンジンによって触媒され、生体系を非平衡状態から維持する。
タンパク質のエネルギー過程を調べるために, 水素結合ペプチド基に沿って伝播する複数のアミドIエキシトン量子の量子力学を, 一般化したダヴィドフ方程式の系を解析した。
計算シミュレーションにより、様々な長さのタンパク質$\alpha$-helicesに対してアミドiエネルギーのパルスを印加することで動くダヴィドフソリトンの生成が確認された。
これらのソリトンの安定性と移動性は、アミドi振動子間の双極子-双極子カップリングの均一性とエキシトン-フォノン相互作用の等方性に依存する。
ダヴィドフ・ソリトンは巨大な障壁を通る量子トンネルや、衝突地点での量子干渉も可能であった。
この結果は、高分子構造の結合剤としての共有結合の力学的支持を超えた生物学的システムにおける量子効果の非自明な役割を支持する。
ダヴィドフソリトン(英語版)の量子トンネルと干渉は、そのような真の量子現象の存在を支持する生物学的秩序の進化的な委任に加えて、高効率な輸送、輸送、利用を可能にする物理機構を持つ触媒活性のマクロ分子タンパク質複合体を提供する。
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