分子陀螺仪与弱极低频磁场的生物效应

已知极低频磁场会影响生物系统。在许多情况下，生物效应表现出对磁场生物有效参数的“窗口”效应：最显著的是，相对较强的磁场有时不会引起明显效应，而10--100 $\mu$T量级的较弱磁场却会产生效应。线性共振物理过程无法解释这种情况下的频率窗口。振幅窗口现象暗示了一种非线性物理机制。最近有人提出了这样一种非线性机制来解释这些“窗口”。该机制考虑了蛋白质结合底物离子上的量子干涉效应。磁场引起离子量子态的干涉，并改变离子-蛋白质解离的概率。这种离子干涉机制预测了生物效应发生的特定磁场频率和振幅窗口。它与许多实验相符。然而，根据该机制，蛋白质腔内离子量子态的寿命 $\Gamma^{-1}$ 应具有不切实际的值，对于10--100 Hz频段应大于0.01秒。本文提出了一种生物物理机制，该机制(i)保留了离子干涉机制的吸引人的特性，并且(ii)利用陀螺运动原理，消除了假设长寿命的必要性。该机制考虑了通过两个共价键附着在蛋白质腔壁上的分子基团的密度矩阵动力学，即分子陀螺仪。数值计算表明，分子陀螺几乎自由旋转。对于28埃的腔尺寸，由范德华力引起的弛豫时间约为0.01秒。