Физики впервые увидели квантовую конденсацию в белках

Структура лизоцима.

Физики из Швеции и Германии впервые экспериментально зафиксировали конденсацию Фрёлиха в биологических объектах. Это явление близко по своей природе к Бозе-Эйнштейновской конденсации в квантовых системах, когда все элементы оказываются в одинаковых энергетических состояниях с минимальными энергиями. При конденсации Фрёлиха все молекулы в системе оказываются в основном колебательном состоянии, что может привести к когерентности всех колебаний в системе — все части макроскопического объекта будут вести себя как одно целое. Исследование опубликовано в журнале Structural Dynamics.

Авторы работы исследовали поведение белков под действием терагерцового излучения. В качестве объекта исследования был выбран кристалл лизоцима, антибактериального фермента, выделяемого из куриных яиц. Для того, чтобы зафиксировать структурные изменения в белке, ученые использовали технику рентгеновской дифракции. В эксперименте на образец периодически направляли импульсы терагерцового излучения, после чего, с помощью рентгена, фиксировали атомарную структуру кристалла. 

Физики установили, что поглощая излучение с частотой 0,4 терагерц, молекулы белка в кристалле изменяют свое электронное состояние, а вместе с ним и строение. В частности, сжимается одна из α-спиралей лизоцима. При этом сжатое состояние сохраняется в образце на протяжении миллисекунд — это в тысячи раз дольше, чем если бы изменения в кристалле были бы вызваны тепловыми эффектами. Это послужило главной «уликой», подтверждающей что молекулы кристалла находятся в состоянии конденсата Фрёлиха.

Впервые идея подобной конденсации была высказана в 70-х годах XX века немецким физиком Гербертом Фрёлихом. Ученый предположил, что конденсированные колебательные состояния могут служить для передачи фононов (коллективных колебаний) в биологических системах. По словам Фрёлиха, такие колебания могли играть важную роль в биологических нейронных сетях.

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.