Блог

Aug 01, 2023

Квантовая химия, происходящая внутри ваших глаз, защищает от потери зрения: ScienceAlert

Каждый цвет, каждая вспышка, каждый солнечный луч наносят ущерб светочувствительным людям.

Каждый цвет, каждая вспышка, каждый солнечный луч наносят ущерб светочувствительным тканям в задней части наших глаз, производя токсичные материалы, которые рискуют повредить те самые клетки, которые позволяют нам видеть.

К счастью, пигмент, ответственный за затемнение наших волос, кожи и глаз, подрабатывает бригадой уборщиков, удаляя одно такое опасное соединение, прежде чем оно скопится в опасные комки.

Исследование, проведенное исследователями из Тюбингенского университета в Германии и Йельского университета, показало, что процесс удаления является несколько необычным с точки зрения биохимии и основан на странной особенности квантовоподобного поведения.

Заднюю стенку внутренней поверхности нашего глазного яблока выстилает ворсистый коврик из светореактивных клеток, называемый сетчаткой. Каждое волокно этого ковра заполнено похожими на блины стопками дисков, содержащих важнейшее вещество, которое улавливает фотоны света, запуская цепочку реакций, приводящую к нервному импульсу, который мозг интерпретирует как зрение.

Самый первый шаг в этом процессе преобразования на удивление опасен. Вещество, называемое ретиналем, принимает форму, которая мешает функциям клетки, фактически превращаясь в токсин.

Эволюция подготовила нас к этому неудобству, предоставив ферменты, которые возвращают искривленную форму сетчатки обратно в безопасную и практичную форму. Более того, глаз постоянно перерабатывает стопки дисков, разбирая их с одного конца и переставляя на место свежие светочувствительные упаковки с другого.

Каким бы эффективным ни был этот процесс, он далек от совершенства. У людей с редким заболеванием, называемым болезнью Штаргардта, недостаток одного фермента вызывает накопление токсичных продуктов, которые приводят к потере четкого зрения в очаговой области сетчатки.

Даже у людей с функциональным набором ферментов, выполняющих работу максимально эффективно, нарушение процесса расщепления может привести к накоплению и накоплению в опасные комки другого потенциально опасного соединения, называемого липофусцином.

Опять же, у эволюции есть ответ, по-видимому, в виде темного пигмента меланина, который, как было замечено, сочетается с гранулами липофусцина в сетчатке пожилых людей.

«Начинает казаться, что меланин — это природное решение множества биологических проблем», — говорит Йельский радиолог Дуглас Э. Браш.

Эффект меланина может ослабевать с возрастом. Со временем эти агрегаты могут привести к ухудшению состояния тканей, что на этот раз приводит к гораздо более распространенной форме нарушения зрения — возрастной дегенерации желтого пятна (ВМД).

Хотя предыдущие исследования других членов исследовательской группы подтвердили роль пигмента в выведении липофусцина, механизм распада остается загадкой.

Подсказку можно найти в исследованиях, показывающих, что липофусцин распадается после введения реагентов, которые производят высокореактивные формы кислорода, называемые радикалами.

Сами по себе электроны меланина не находятся в достаточно высоком энергетическом состоянии для выполнения такой задачи, поскольку они блокируются законами квантовой физики, которые удерживают их относительно заземленными.

Но есть довольно любопытная лазейка. Названный хемвозбуждением, он включает в себя квантовую обработку дополнительных материалов, объединяющихся таким образом, что электроны выходят за пределы уровней, которые обычно предотвращаются, позволяя меланину немного возбуждаться и производить кислородные радикалы там, где это необходимо.

«Эти реакции квантовой химии переводят электрон меланина в высокоэнергетическое состояние и меняют его спин, что впоследствии позволяет начать необычную химию», — говорит Браш.

Сам процесс не является чем-то неизвестным в биологии, хотя обычно он используется как способ подбросить электроны вверх достаточно высоко, чтобы генерировать свет, когда они с воплем падают обратно. Помимо биолюминесценции, ее роль в других путях, в том числе с участием меланина, только сейчас понимается.

Объединив электронную микроскопию высокого разрешения, генетику и фармакологию, Браш и его коллеги проследили происхождение гранул меланина и липофусцина и продемонстрировали место меланина на пути удаления опасных соединений, но они также показали, что меланин использует свое квантово-увеличенное состояние для разложения. липофусцин.