211service.com
Kvantinė mechanika paaiškina, kaip raumenys gamina jėgą
Dar ne taip seniai biologai prisiekė akli, kad jų disciplinos niekada nesuteps keistas kvantinės mechanikos poveikis. Šiandien kvantinė biologija yra besiformuojanti disciplina daugelyje laboratorijų visame pasaulyje ir tik drąsieji (arba kvailieji) dabar prieštarauja minčiai, kad kvantiniai efektai atlieka svarbų vaidmenį biologinių molekulių, ištisų ląstelių ir net smegenų veikloje.
Šiandien įtraukite į šį sąrašą raumenų. Tieyanas Si Makso Plancko kompleksinių sistemų institute Drezdene, Vokietijoje, sukūrė kvantinį raumenų elgsenos modelį. Jo idėja yra ta, kad miozinas, molekulinis variklis, atsakingas už raumenų susitraukimą, iš esmės yra kvantinis objektas ir kad jo elgesį geriausiai apibūdina kvantinė mechanika.
Verslo raumenų skaidulos dalis susideda iš aktino, kuris gali būti laikomas virve, ir miozino, kuris yra molekulinis variklis, veikiantis kaip virvės traukimo komanda. Elektrinė stimuliacija įjungia virvės traukimo komandas, pašėlusiai tempdamos virves ir priversdamos susitraukti raumenis. Faktinė raumenų sukuriama jėga yra daugelio miozino variklių traukimo ir atsipalaidavimo rezultatas, nors ir nebūtinai kartu.
Teoretiko iššūkis yra išsiaiškinti, kaip šie molekuliniai varikliai sukuria jėgos ir atsipalaidavimo kreives, atsirandančias tikruose raumenyse. Tai gerai ištirta tokiose įvairiose sistemose kaip žinduolių širdies raumuo ir vabzdžių sparnai, o biomechanikai jau seniai žinojo, kad skirtingi raumenų ir raumenų veikimo tipai sukuria skirtingas jėgos kreives. Pavyzdžiui, greitai atleidžiami susitraukimai turi skirtingą jėgos požymį, palyginti su lėtu atpalaidavimu. Paaiškinti tai viena klasikine teorija nėra lengva.
Si požiūris yra tiesiog daryti prielaidą, kad kiekvienas miozino variklis yra kvantinis objektas, galintis sudaryti dvi formas ir kad šių formų perjungimas sukelia susitraukimą. Kitaip tariant, ji turi dvi būsenas. (Jis taip pat žiūri į sistemą, kurioje miozinas turi tris būsenas.) Miozinas persijungia į vieną būseną, sugerdamas energiją, o atpalaiduoja ją išskirdamas, o bendras visų perjungimų poveikis lemia skaidulos elgesį.
Taigi raumenų skaidulos yra tiesiog šių kvantinių objektų grandinė, kurios elgseną galima išvesti matematinį objektą, vadinamą Hamiltonu. Si nagrinėja klausimą, kokias jėgos ir atsipalaidavimo kreives sukelia šis Hamiltonas.
Jo atsakymas yra toks, kad ši kvantinė Hamiltono sistema suteikia mums klasikinį jėgos ir greičio santykį ne tik greitam, bet ir lėtam atpalaidavimui bei nestabilioms būsenoms.
Jis parodo, kad dviejų lygių sistema tiksliai modeliuoja širdies raumens elgesį, o trijų lygių būsena paaiškina vabzdžių skrydžio raumenų elgesį.
Tai, ko Si nedaro, yra aiškiai paaiškinti įprastų raumenų elgesio modelių trūkumus ir kodėl kvantinis metodas yra geresnis. Si taip pat neprognozuoja raumenų elgsenos, kurios negali paaiškinti klasikiniai modeliai.
Nepaisant to, tai yra įspūdingas pirmasis žingsnis kvantiniame raumenų elgesio aprašyme. Ir, kaip pažymi Si, reikia daug daugiau nuveikti, norint suprasti sąsają tarp kvantinės grandinės ir juos suaktyvinančių signalų, tokių kaip elektriniai signalai išilgai nervų ir jonų srautas per membranas, kuriuos tai sukelia.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1004.3120 : Vienmatė kvantinių koherentinių molekulių variklių grandinė kaip raumenų skaidulų modelis