Deux physiciens de l'Université du Luxembourg ont maintenant démontré sans ambiguïté que les interactions ondulatoires de la mécanique quantique sont en effet cruciales, même à l'échelle des processus biologiques naturels.

Le comportement ondulatoire quantique joue un rôle clé dans la science et la technologie modernes, avec des applications de la mécanique quantique allant des lasers et des communications par fibre à haut débit, aux ordinateurs quantiques et à la photosynthèse des plantes. Une question naturelle est de savoir si les phénomènes d'ondes quantiques pourraient également être pertinents pour la formation de structures et les processus dynamiques dans les systèmes biologiques des cellules vivantes. Cette question n'a pas été abordée de manière convaincante jusqu'à présent en raison du manque de méthodes quantiques efficaces applicables à des systèmes aussi grands que des protéines entières dans des conditions physiologiques (c'est-à-dire solvatés dans l'eau et à température ambiante).

Maintenant en train d'écrire Avancées scientifiques , Le professeur Alexandre Tkatchenko et le doctorant Martin Stöhr du Département de physique et de science des matériaux de l'Université du Luxembourg ont étudié pour la première fois le processus de repliement des protéines dans l'eau à l'aide d'un traitement entièrement quantique. Le repliement des protéines est le processus physique par lequel une chaîne d'acides aminés acquiert sa structure biologiquement fonctionnelle native en raison des interactions entre les acides aminés et de l'influence de l'eau environnante. Une découverte clé de la présente étude est que l'interaction entre la protéine et l'eau environnante doit être décrite par un comportement ondulatoire de la mécanique quantique, qui s'avère également être critique dans la dynamique du processus de repliement des protéines.

"La persistance du comportement ondulatoire quantique dans les systèmes biomoléculaires ouvre un nouveau paradigme pour expliquer certains des processus fondamentaux en biologie, " dit Martin Stöhr, le premier auteur de l'étude. Une compréhension microscopique correcte des processus biologiques est essentielle pour cibler spécifiquement la fonction et le dysfonctionnement des cellules comme le souhaite la médecine moderne, par exemple.

"Aller de l'avant, nous prévoyons un rôle majeur des interactions quantiques pour la machinerie biomoléculaire allant de l'assemblage des protéines à la fonction des enzymes, " explique le Pr Alexandre Tkatchenko, l'auteur correspondant de l'étude.

Dans le cadre de diverses collaborations nationales et internationales, les résultats de cette étude ont déjà motivé d'autres recherches approfondies sur la façon dont les effets quantiques peuvent façonner une variété de phénomènes biologiques.