I protoni svolgono un ruolo centrale nella produzione di energia all’interno delle cellule. Un team di ricercatori ha scoperto che il loro movimento è influenzato dallo spin degli elettroni, una proprietà quantistica. Questa interazione avviene in ambienti biologici chirali, come le proteine, aprendo nuove prospettive sui meccanismi della vita.
Lo studio, pubblicato nei Proceedings of the National Academy of Sciences, dimostra che il trasferimento di protoni non è solo un processo chimico. Coinvolge anche fenomeni quantistici, come lo spin degli elettroni e la chiralità molecolare. Questa scoperta potrebbe cambiare la nostra comprensione dei processi biologici.
I ricercatori hanno utilizzato cristalli di lisozima per i loro esperimenti. Hanno osservato che l’iniezione di elettroni con uno spin specifico modificava la mobilità dei protoni. Questo fenomeno è legato all’eccitazione di fononi chirali, vibrazioni nel reticolo cristallino.
Il fenomeno, noto come effetto CISS (Chiral Induced Spin Selectivity), spiega come le molecole chirali interagiscono diversamente con gli spin elettronici. Questa interazione influenza direttamente il trasferimento di protoni, un processo essenziale per la vita.
Le implicazioni di questa scoperta sono vaste. Potrebbe portare allo sviluppo di nuove tecnologie ispirate ai processi biologici. I ricercatori prevedono applicazioni in medicina, energia e nanotecnologia.
Schema semplificato di un modello di trasporto di protoni. Lo spostamento dei protoni è accompagnato da una polarizzazione elettronica. In un ambiente chiral, l’effetto CISS trasforma questa polarizzazione elettrica in polarizzazione di spin. La conservazione del momento angolare genera quindi fononi chirali, che inducono un trasferimento di protoni selettivo in base allo spin.
Il team, guidato da scienziati dell’Università Ebraica di Gerusalemme, ha collaborato con esperti dell’Istituto Weizmann e dell’Università Ben Gurion. I loro lavori creano un ponte tra la fisica quantistica e la biochimica, offrendo una visione più completa dei meccanismi della vita.
L’effetto CISS, o Chiral Induced Spin Selectivity, è un fenomeno quantistico in cui le molecole chirali filtrano gli elettroni in base al loro spin. Ciò significa che queste molecole possono preferire uno spin elettronico rispetto a un altro, influenzando così le reazioni chimiche.
Questo effetto è particolarmente importante nei sistemi biologici, dove la chiralità delle molecole è onnipresente. Spiega come alcune reazioni possano essere più efficienti o selettive in base allo spin degli elettroni coinvolti.
Fonte: Techno Science
