Roma– Il trasferimento di protoni nelle proteine, essenziale per la bioenergetica cellulare, è direttamente influenzato dallo spin degli elettroni quando avviene in ambienti biologici chirali come il cristallo di lisozima: un fenomeno, legato all’effetto CISS, Chiral Induced Spin Selectivity, che dimostra che il movimento dei protoni nei sistemi viventi non è solo chimico ma anche quantistico, coinvolgendo la chiralità molecolare e lo spin elettronico. Lo rivela uno studio guidato da un gruppo di ricercatori dell’Università Ebraica di Gerusalemme, in collaborazione con Ron Naaman, del Weizmann Institute of Science e Nurit Ashkenasy, della Ben Gurion University, riportato su Proceedings of the National Academy of Sciences. Il trasporto protonico è cruciale per molti processi vitali, come la produzione di energia da parte delle cellule. Finora, si credeva che i protoni si muovessero principalmente saltando tra molecole d’acqua e amminoacidi.
Un modello schematico. Il trasporto protonico è accompagnato dalla polarizzazione elettronica in mezzi chirali. A causa dell’effetto CISS, questa polarizzazione elettrica produce polarizzazione di spin. La conservazione del momento angolare genera fononi chirali che migliorano il trasferimento protonico.
Credito
Naama Goren
Ma, il nuovo studio dimostra che questo movimento è anche collegato allo spin degli elettroni, una proprietà quantistica che descrive il comportamento degli elettroni come minuscoli magneti. Iniettando elettroni con spin specifico nei cristalli di lisozima, i ricercatori hanno osservato che la mobilità dei protoni cambia drasticamente: spin opposti ostacolano il trasferimento, mentre spin selezionati lo facilitano. Questo processo è mediato da fononi chirali, vibrazioni del reticolo cristallino che accoppiano spin elettronico e mobilità protonica. “I nostri risultati dimostrano che il modo in cui i protoni si muovono nei sistemi biologici non è solo una questione di chimica, ma anche di fisica quantistica”, ha affermato Naama Goren, dell’Università Ebraica di Gerusalemme. “Questo apre nuove porte alla comprensione di come informazioni ed energia vengono trasferite all’interno degli esseri viventi”, ha aggiunto Goren. “Questa connessione tra spin elettronico e movimento dei protoni potrebbe portare a nuove tecnologie che imitano i processi biologici e persino a nuovi modi per controllare il trasferimento di informazioni all’interno delle cellule”, ha sottolineato Yossi Paltiel, dell’Università Ebraica di Gerusalemme. La scoperta apre, dunque, nuove prospettive sulla regolazione del trasferimento di energia e informazione nelle cellule, suggerendo che questi processi sono più controllati e sintonizzabili di quanto ipotizzato, e getta le basi per sviluppare tecnologie ispirate ai meccanismi biologici.(30Science.com)
