微管中相干能量转移的可行性

曾有一种观点认为，生物系统过于温暖且潮湿，无法支持量子现象，主要原因是热效应会破坏量子相干性。然而，最近的实验结果和理论分析表明，热能可能有助于而非破坏量子相干性，特别是在生物分子的疏水内部。具体而言，越来越多的证据表明，光合作用复合物中独特排列的发色团之间必然涉及量子相干性和纠缠。令人惊奇的是，构成微管的微管蛋白亚基也具有独特的发色团结构，即包括色氨酸在内的芳香族氨基酸。这些芳香族化合物的几何结构和偶极特性与光合单元中发现的类似，表明微管蛋白可能支持相干能量转移。聚集为微管几何晶格的微管蛋白可能支持此类能量转移，这对生命过程必不可少的生物信号传导和通信具有重要意义。在此，我们对微管蛋白中发色团氨基酸之间通过偶极激发并与周围热环境耦合的能量转移进行了计算研究。我们展示了微管组成蛋白微管蛋白中色氨酸残基的空间结构和能量特性。并提供了有利于沿微管进行量子机制信号传播条件的合理性论证。总体而言，我们发现微管蛋白和微管中的相干能量转移在生物学上是可行的。