微小粒子如何协调细胞内的能量传递

　　

质子是生物能量学的基础。在日常生活中，我们通过各种肥皂和乳液的pH值来了解它们。但在生物系统中移动它们的能力对生命至关重要。一项新的研究首次表明，当在诸如蛋白质的手性生物环境中测量时，质子转移直接受到电子自旋的影响。换句话说，生命系统中的质子运动不完全是化学的；它也是一个涉及电子自旋和分子手性的量子过程。量子过程直接影响支持质子转移的生物环境的微小运动。的。这一发现表明，生命中的能量和信息传递比以前认为的更受控制、更有选择性、更有可能调节，它将量子物理学与生物化学联系起来，为从最深层理解生命——以及设计模仿或控制生物过程的技术——打开了新的大门。

这项工作由耶路撒冷希伯来大学的一组研究人员领导，他们与魏茨曼科学研究所的Ron Naaman教授和本古里安大学的Nurit Ashkenasy教授合作，取得了重大的科学突破，揭示了生物系统中电子和质子运动之间令人惊讶的联系。

在应用物理系和纳米中心的Naama Goren和Yossi Paltiel教授以及希伯来大学生命科学研究所的Nir Keren教授和Oded Livnah教授的带领下，研究小组发现，在某些生物晶体中，比如溶菌酶（一种存在于许多生物体中的酶），被称为电子和质子的微小粒子不仅独立运动，而且紧密相连。

质子传输对许多生命过程至关重要，比如细胞如何产生能量。到目前为止，人们普遍认为质子主要是通过在水分子和氨基酸之间跳跃来移动的。但新的研究表明，这种运动也与电子的自旋有关——这是一种描述电子如何像微小磁铁一样运动的量子特性。

研究人员证明，当他们将具有特定自旋的电子注入溶菌酶晶体时，它显着改变了质子通过材料的容易程度。当自旋相反的电子被注入时，质子的运动明显受阻。这种效应与手性声子的激发有关——晶格中的振动——它介导了电子自旋和质子迁移率之间的耦合。这一发现与一种被称为手性诱导自旋选择性（CISS）效应的现象有关，它解释了手性（或“手性”）分子——具有特定扭曲或形状的分子——如何与电子自旋发生不同的相互作用。

戈伦说：“我们的发现表明，质子在生物系统中的运动方式不仅与化学有关，还与量子物理学有关。”“这为理解信息和能量如何在生物体内传递打开了新的大门。”

帕尔蒂尔教授补充说：“电子自旋和质子运动之间的这种联系可能会导致模仿生物过程的新技术，甚至是控制细胞内信息传递的新方法。”

通过连接量子物理和生物化学的世界，希伯来大学团队的研究为生命的内部运作提供了新的见解，并可能为医学、能源和纳米技术的创新铺平道路。