Полная версия

Главная arrow Экология arrow О роли когерентности в сверхслабых взаимодействиях в биосистемах и биосфере

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Управление биомолекулярной динамикой на основе квантовой интерференции

«Квантово-когерентные эффекты не только могут существовать вдоль реакционных координат в биологических системах, но также могут быть подвержены значительному контролю» [Nagy et al., 2006. Р. 661].

Управление молекулярными процессами может заключаться в управлении интерференцией квантовых волн: при наличии множества путей к конечному состоянию их интерференция может управлять амплитудой в этом состоянии. Когерентное управление светом основывается на формировании временной структуры возбуждающего света, модуляции его спектральной фазы и амплитуды. Имеются различные возможности такого управления: контроль интерференцией путей от начального к конечному состоянию посредством управления их фазами; управление динамикой когерентных волновых пакетов ультракороткими импульсами. В простейшем случае можно управлять двумя интерферирующими компонентами волновой функции изменением относительной фазы и амплитуды двухчастотного электрического поля. Многочастотные оптические поля (импульсы) могут одновременно возбуждать множество степеней свободы системы, и эти возбуждения могут управлять множеством интерферирующих путей, что приводит с высокой точностью к определенному конечному состоянию [Rabitz, 2009]. Оптимальная форма управляющего импульса для многоатомных молекул в конденсированной фазе - в сильносвязанных системах - очень сложна. Поиск оптимальной формы может осуществляться с помощью адаптивного квантового контроля, основанного на генетических алгоритмах и обратной связи [Там же]. Отметим, что когерентное возбуждение фаз компонент волновой функции не является обязательным для управления квантовой интерференцией. Не обязательно, как отмечалось, и импульсное воздействие.

Эксперименты свидетельствуют о возможности основанного на квантовой интерференции управления светом и ультрабыстрыми биологическими молекулярными процессами, в частности в фоторецепторах и компонентах биоэнергетических систем [Prokhorenko et al., 2006, 2011; Vogt et al., 2006; Florean et al., 2009; Buckup et al., 2011; Groma et al., 2011; Kraak et al., 2011, 2012; Nagy et al., 2006]. Хотя многие биохимические реакции, например преобразования вторичной и третичной структур, имеющие масштабы от нс до секунд, не могут быть непосредственно эффективно контролируемы с помощью квантово-когерентных процессов, поскольку динамика когерентных колебательных волновых пакетов осуществляется на масштабах пикосекунд [Wohlleben et al., 2005], долгоживущая когерентная динамика экситонов - на субпикосекундных масштабах [Nagy et al., 2006], однако ключевую роль в формировании медленных глобальных процессов играют ультрабыстрые локальные процессы такие, как перенос энергии, переход через энергетические барьеры [Vos and Vartin, 1999; Nagy et al., 2006], первичные реакции фотоциклов фоторецепторов (изомеризация ретиналя). А световой контроль этих процессов возможен, что означает контроль светом и всех вторичных биохимических реакций [Wohlleben et al., 2005].

Туннелирование электрона в редокс-цепях

Перенос электрона в биоэнергетических системах между редокс- активными кофакторами через изолирующий протеин может осуществляться как квантово-механическое туннелирование [Jasaitis et al.,

2007]. При этом именно волновые свойства электрона контролируют биологическую реакцию. В принципе, соответствующие пути переноса электрона могут интерферировать [Fleming et al., 2011].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>