Geleneksel biyoloji, yaşamın karmaşık süreçlerini moleküler düzeyde incelerken, son yılların merak uyandıran alanı kuantum biyolojisi, yaşamın temel işleyişinde kuantum mekanizmalarının etkisini araştıran yeni bir disiplindir. Kuantum biyolojisi, klasik biyolojiyi tamamlayarak, yaşamın nano boyutunu aydınlatmayı amaçlar. Kuantum biyolojisi, Görme olayı moleküler düzeyde ve ultra hızlı bir zaman ölçeğinde nasıl çalışır? Enzimler biyokimyasal reaksiyonları nasıl katalize eder? Nano boyutta hangi mekanizmalardan dolayı beynimiz bu kadar miktarda bilgiyi işleyebiliyor? Aynı şekilde, DNA replikasyonu ve ifadesi nano boyutta nasıl işliyor? gibi sorulara bakış açısı sunar. Kısaca, temel biyolojik süreçlerin mekanizmasını ve kökenini anlamada önemli bir rol oynar [1].
Kuantum Biyolojisi Araştırma Alanları
Kuantum biyolojisi temel canlılık olayların kökenine inen multidisipliner bir alan olduğundan çok yeni bir alandır [2]. Bu yüzden ülkemizde ve dünyada bu konuda literatür oldukça azdır. Temel mekanizmaların araştırmaları devam etmektedir. Örneğin; fotosentez olayı, Işık hasadı (light-harvesting) adı verilen süreç ile başlar. Bu süreçte klorofiller aracılığı ile güneş enerjisi toplanmaktadır. Klorofil molekülüne çarpan fotonlar elektronları uyarır. Fotonun enerjisi elektrona etki ettiğinde atomdan uzaklaşmasına sebep olur. Atomdan uzaklaşan elektron, atomda sebep olduğu pozitif yüke sahip bir boşluk ile birlikte eksiton adı verilen yapıyı oluşturur. Enerji depolayabilen bu eksitonlar, kararlı yapıya erişmek için fotonlar aracılığıyla reaksiyon merkezine ulaşmaya çalışır. Bu olay nanosaniyeler içinde gerçekleşmektedir. Nano boyuttaki etkileşimler tam da bu noktada başlar. Merkeze ulaşma sürecinde kaybolmadan fotosentez aşamalarının verimli bir şekilde oluşmasını sağlayan eksitonların yollarını nasıl bulduğu kuantum süperpozisyon kavramı ile açıklanmaktadır [3]. Süperpozisyon, bir parçacığın aynı anda bir yerde veya durumda bulunmasıdır. Fotosentez, görme, koku alma, DNA mutasyonu ve replikasyonu, enzimatik reaksiyonlar gibi olayların yanı sıra kuşların manyetik alanı nasıl algıladıkları da kuantum mekanizmalarla ilgilidir.
Oldukça zayıf olan Dünya’nın manyetik alanını kuşlar nasıl algılayıp bir örüntü oluşturabiliyorlar?
Göçmen kuşların gözüne foton geldiğinde serbest kalan iki eşleşmemiş elektronun spinleri manyetik alana göre konumlandırılır. Bu olayın göçmen kuşların gözlerinde bulunan kriptokrom proteinleri ve foton etkileşimleriyle olan ilgisi araştırılmıştır. İyonize kriptokrom proteinlerinin, elektron spinlerinin manyetik alanın şiddeti ve yönüne göre farklı davranmasını kuşlar algılayabiliyor ve buna göre yönlerini belirleyebiliyorlar [4]. Dolayısıyla, kuantum mekaniğinin biyolojik sistemler üzerindeki etkisi, araştırmaların evrileceği bir noktadır.
GÖRSEL.1 Dünya’nın manyetik alanı ve göçmen kuşlar.
Kuantum Biyolojinin Geleceği Hakkında
Kuantum biyolojisi, hücreler arası iletişimi, genetik mutasyonları ve hücresel metabolizmayı kuantum mekanik ilkeleriyle açıklamayı amaçlamakta ve temel biyolojik süreçlerin anlaşılmasında yükselişte olan bir alandır. Bu yaklaşım klasik biyolojiyi tamamlayarak, hücrelerin iç olaylarının kuantum etkileşimlerini açığa çıkararak yeni tedavi yöntemlerinin kapılarını açma potansiyeline sahiptir. Kuantum düzeyde meydana gelen hata ya da sapmaların işleyişine ışık tutulabilir bu sayede açıklamakta zorlanılan hastalıkların moleküler kökenleri daha net ortaya anlaşılabilir. Ayrıca birçok biyolojik sürecin mekanizmasının anlaşılması, yaşamın kökenlerinin nereden ve nasıl geldiğine dair sorulara cevap olabilir.
KAYNAKÇA
[1] Marais, A., Adams, B., Ringsmuth, A. K., Ferretti, M., Gruber, J. M., Hendrikx, R., Schuld, M., Smith, S. L., Sinayskiy, I., Krüger, T. P. J., Petruccione, F., & van Grondelle, R. (2018). The future of quantum biology. Journal of the Royal Society, Interface, 15(148), 20180640. https://doi.org/10.1098/rsif.2018.0640
[2] Kosloff R. (2019). Quantum thermodynamics and open-systems modeling. The Journal of chemical physics, 150(20), 204105. https://doi.org/10.1063/1.5096173
[3] Duymaz, E ve. Duran, F. (2022). Biyolojik Sınırdaki Mekanik: Kuantum Biyolojisi
Alınma tarihi Mayıs 12, 2024. Alındığı yer https://www.bioinforange.com/
[4] Maeda, K., Henbest, K. B., Cintolesi, F., Kuprov, I., Rodgers, C. T., Liddell, P. A., Gust, D., Timmel, C. R., & Hore, P. J. (2008). Chemical compass model of avian magnetoreception. Nature, 453(7193), 387–390. https://doi.org/10.1038/nature06834
GÖRSEL KAYNAKLAR
GÖRSEL.1 Kartal, B. (2018). Kuşların, Dünya’nın Manyetik Alanını Fiziksel Olarak Görebildiği Keşfedildi!. Alınma tarihi: Mayıs 19, 2024. https://www.webtekno.com/kuslarin-dunya-nin-manyetik-alanini-fiziksel-olarak-gorebildigi-kesfedildi-h43572.html
