El entrelazamiento cuántico y el transporte de oxígeno en la mioglobina

Las proteínas son macromoléculas en las que los efectos cuánticos, como el entrelazamiento, suelen ser poco relevantes. El grupo hemo en la mioglobina es una excepción, como muestra un estudio computacional basado en la teoría del funcional densidad publicado en PNAS.

La mioglobina es una proteína que contiene un grupo hemo (como la hemoglobina) para almacenar oxígeno gracias a un átomo de hierro. Este oxígeno se libera en los músculos para satisfacer su demanda energética. La estructura terciaria de la mioglobina se conoce desde 1958 (Premio Nobel de Química 1962 para John Kendrew, compartido con Max Perutz).

David O’Regan (Trinity College de Dublín) y sus colegas han usado la teoría del funcional densidad (Premio Nobel de Química en 1998) para demostrar que el entrelazamiento cuántico entre los electrones del átomo de hierro central en el grupo hemo es clave para su unión preferente con una molécula de oxígeno, en lugar de con una molécula de monóxido de carbono.

Quizás la excepción confirma la regla, pues según O’Regan su trabajo desvela que el entrelazamiento cuántico tiene un papel más importante de lo esperado en muchos sistemas bioquímicos y biológicos. El artículo técnico es Cédric Weber et al., “Renormalization of myoglobin–ligand binding energetics by quantum many-body effects,” PNAS 111: 5790-5795, 2014 (arXiv:1404.5547 [physics.chem-ph]).

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El estudio de los efectos cuánticos en macromoléculas es muy difícil por su tamaño (su gran número de átomos). Los avances en los algoritmos computacionales multiescala (Premio Nobel de Química en 2013) permiten aplicar modelos cuánticos en los sitios activos y modelos semiclásicos en el resto de la molécula. Aún así, simulaciones previas predecían que la mioglobina se debía ligar más fácilmente al monóxido de carbono que al oxígeno molecular, en contra de los resultados experimentales.

El nuevo artículo en PNAS muestra que la mioglobina prefiere ligarse al oxígeno molecular en lugar de al monóxido de carbono gracias al entrelazamiento cuántico (un efecto no considerado en las simulaciones previas). Sin entrar en detalles técnicos, lo más interesante del nuevo método desarrollado por O’Regan y sus colegas es que podrá aplicarse a otras macromoléculas y podría desvelar que los sutiles efectos cuánticos (como el entrelazamiento cuántico o el efecto túnel) tienen un papel importante en su función bioquímica.

Post completo en: La Ciencia de la Mula FrancisNAUKAS

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