論文の概要: An Open Quantum Systems approach to proton tunnelling in DNA
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.00113v1
- Date: Tue, 28 Sep 2021 17:15:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-13 07:08:59.651653
- Title: An Open Quantum Systems approach to proton tunnelling in DNA
- Title（参考訳）: DNAにおける陽子トンネルへのオープン量子システムアプローチ
- Authors: Louie Slocombe, Marco Sacchi, Jim Al-Khalili
- Abstract要約: DNAの水素結合に沿ったプロトン転移は、代謝に繋がる可能性があり、したがって点突然変異が生じる。
グアニン-シトシン(G-C)ヌクレオチド間の水素結合の理論解析を行った。
G-Cの経時的変化は, 生物学的な変化よりもはるかに短いことが判明した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: One of the most important topics in molecular biology is the genetic
stability of DNA. One threat to this stability is proton transfer along the
hydrogen bonds of DNA that could lead to tautomerisation, hence creating point
mutations. We present a theoretical analysis of the hydrogen bonds between the
Guanine-Cytosine (G-C) nucleotide, which includes an accurate model of the
structure of the base pairs, the quantum dynamics of the hydrogen bond proton,
and the influence of the decoherent and dissipative cellular environment. We
determine that the quantum tunnelling contribution to the process is several
orders of magnitude larger than the contribution from classical
over-the-barrier hopping. Due to this significant quantum contribution, we find
that the canonical and tautomeric forms of G-C inter-convert over timescales
far shorter than biological ones and hence thermal equilibrium is rapidly
reached. Furthermore, we find a large tautomeric occupation probability of
$1.73\times 10^{-4}$, suggesting that such proton transfer may well play a far
more important role in DNA mutation than has hitherto been suggested. Our
results could have far-reaching consequences for current models of genetic
mutations.
- Abstract（参考訳）: 分子生物学における最も重要なトピックの1つは、DNAの遺伝的安定性である。
この安定性の1つの脅威は、DNAの水素結合に沿ってプロトンを移動させることであり、それが代謝に繋がる可能性がある。
本稿では, 塩基対の構造の正確なモデル, 水素結合プロトンの量子力学, 脱コヒーレントおよび散逸性細胞環境の影響を含む, グアニン-シトシン(G-C)ヌクレオチド間の水素結合の理論解析を行った。
この過程に対する量子トンネリングの寄与は、古典的オーバーザ・バリア・ホッピングの寄与よりも数桁大きいと結論づける。
この重要な量子的寄与により、G-Cの標準形とtオートマー型の変換は生物学的な変換よりもはるかに短くなるため、熱平衡は急速に到達する。
さらに、大きなtautomericの占有確率が1.73\times 10^{-4}$であることから、このようなプロトン移動はヒッヘルトが提案したよりもはるかに重要なDNA変異に関与している可能性が示唆されている。
我々の結果は、遺伝子変異の現在のモデルに広範な影響をもたらす可能性がある。
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