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Las proteínas descubren nuevos secretos de la física cuántica

El tiempo requerido para el plegamiento disminuye con la temperatura y el principio de incertidumbre también muestra sus límites


Un físico israelí ha investigado el plegamiento de proteínas desde el punto de vista cuántico y observado que el tiempo requerido para estos procesos disminuye a medida que la temperatura se reduce. También comprobó que es posible identificar la ubicación de una partícula cuántica con precisión, poniendo límites así al principio de incertidumbre de Heisenberg.





Las proteínas son cadenas moleculares largas que se pliegan en formas tridimensionales muy específicas para funcionar. Y a medida que avanzan en sus vidas, se despliegan y se repliegan, abriéndose y regresando a sus estructuras preestablecidas.

Para que el cuerpo funcione apropiadamente, la secuencia de aminoácidos tiene que ser plegada en una definida estructura tridimensional dentro de cada célula. Si falla este proceso de plegado de alta complejidad, aparecen enfermedades graves como el cáncer, el Alzheimer o el Parkinson.

Las dinámicas del plegamiento de las proteínas pueden ser descritas por las leyes de la física. En el pasado, por ejemplo, los investigadores usaron las leyes de la mecánica clásica para preguntar: ¿Cuánto tiempo, en promedio, se necesita para que una proteína se abra o se repliegue? ¿Cuál es el rango de tiempos en los que tiene lugar una acción molecular particular?

El Prof. Eli Pollak del Departamento de Química Física de la Ciencia del Instituto Weizmann, en Israel, que había desarrollado una teoría para estos procesos moleculares basados en la mecánica clásica de Newton, pensó que el mismo problema podría generalizarse y lo ha estudiado desde el punto de vista de la mecánica cuántica.

Por supuesto, hacer preguntas sobre el tiempo en la mecánica cuántica es difícil, como la pregunta básica  relativa a ¿qué es el tiempo? Esto todavía no se ha respondido satisfactoriamente en un marco de física cuántica, explica el Instituto Wezmann en un comunicado.

Cambio de estado cuántico

Para resolver el problema del tiempo cuántico, Pollak demostró que uno puede investigar la probabilidad de que en cualquier punto particular en el tiempo, el sistema sufra un cambio de un estado cuántico a otro estado cuántico.

Para entender la aportación de Pollak hay que conocer el efecto túnel, específico de los procesos cuánticos. El efecto túnel permite que una partícula cuántica penetre y atraviese una zona que, en principio, sería imposible, porque no tiene energía suficiente para conseguirlo.

Esta evidencia del mundo físico no funciona en el mundo cuántico, porque a pesar de esa dificultad, la partícula cuántica es capaz de penetrar y atravesar una zona en la que teóricamente no puede estar, como si existiera un túnel invisible a través del cual la partícula cuántica sorteara el obstáculo. Se conoce como efecto túnel.

Un ejemplo clásico para explicar el efecto túnel es cortar el cable que ilumina una bombilla. Al quedar los dos extremos del cable separados, podemos suponer que los electrones no pueden saltar del uno al otro, y que por lo tanto, la bombilla no se enciende.

El efecto túnel demuestra que, a pesar de esa ruptura, los electrones siguen pasando, como si existiera un túnel entre ambos extremos. De todas formas, hay que tener en cuenta que el efecto túnel no se produce siempre y que no todos los electrones superan el vacío entre uno y otro extremo del cable.

Menos tiempo a menos temperatura

Pollak se preguntó, siguiendo su razonamiento, ¿cuánto tiempo necesita una partícula cuántica para atravesar el efecto túnel? Pollak calculó este proceso y demostró que a las bajas temperaturas en las que surgen los fenómenos cuánticos, el tiempo promedio requerido para “atravesar el túnel” disminuye a medida que la temperatura se reduce.

En una continuación del mismo cálculo, demostró también que la “longitud del túnel” también influye: a veces, cuanto más larga es la distancia a recorrer por una partícula, más corto es el tiempo requerido. Es decir, cuanto más larga es la distancia que recorre un sistema cuántico que se mueve, y por lo tanto, cuanto mayor es el cambio, más corto es el tiempo invertido en el proceso.

Otro desarrollo derivado del mismo cálculo llevó a Pollak a otra conclusión sorprendente: en sistemas biológicos como los que investigó, es posible identificar la ubicación de una partícula móvil cuántica con precisión casi exacta.

Este hallazgo limita el principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual que es imposible medir simultáneamente, y con precisión absoluta, el valor de la posición y la cantidad de movimiento de una partícula.

Estos cálculos aparecieron en dos artículos publicados en el Journal of Physical Chemistry Letters y Physical Review Letters.

Pollak dice que el enfoque del estudio del tiempo a través de los cambios espaciales nos está acercando a entender el papel del tiempo en los sistemas que operan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica.

Referencias

Quantum Tunneling: The Longer the Path, the Less Time it Takes. Eli Pollak. J. Phys. Chem. Lett., 2017, 8 (2), pp 352–356. DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b02692

Transition Path Time Distribution, Tunneling Times, Friction, and Uncertainty. Eli Pollak. Phys. Rev. Lett. 118, 070401. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.070401
 
 

 


Lunes, 3 de Abril 2017
Redacción T21
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Nota



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1.Publicado por Cornelio Gonzalez el 05/04/2017 18:49

Traducido al español, dice así el comunicado del Instituto Weizmann, publicado el 20/03/2017:


No hay tiempo libre:
¿Puede explicar la física cuántica el plegamiento de proteínas?
http://wis-wander.weizmann.ac.il/chemistry/no-time-all

Las proteínas son cadenas moleculares largas que se pliegan en formas tridimensionales muy específicas para funcionar. Y a medida que avanzan sus vidas, se despliegan y se repliegan, abriéndose y regresando a sus estructuras preestablecidas. Estas dinámicas pueden ser descritas por las leyes de la física. En el pasado, por ejemplo, los investigadores usaron las leyes de la mecánica clásica para preguntar: ¿Cuánto tiempo, en promedio, se necesita para que una proteína se abra o se repliegue? ¿Cuál es el rango de tiempos en los que tiene lugar una acción molecular particular? El Profesor Eli Pollak del Departamento de Física Química del Instituto Weizmann de Ciencias (1) - que ya había desarrollado una teoría para estos procesos basada en la mecánica newtoniana clásica - decidió que el mismo problema podría generalizarse y estudiarse desde el punto de vista de la mecánica cuántica. Por supuesto, hacer preguntas sobre el tiempo en la mecánica cuántica es difícil toda vez que la pregunta básica - ¿qué es el tiempo? - todavía no se ha respondido satisfactoriamente en un marco de física cuántica.

Para resolver el problema del tiempo cuántico, Pollak demostró que uno puede investigar la probabilidad de que en cualquier punto particular en el tiempo, el sistema sufra un cambio de un estado cuántico a otro estado cuántico. Fenómenos cuánticos intrigantes incluyen túneles ídem, una propiedad fascinante en la que una partícula es capaz de pasar a través de una barrera clásicamente insuperable. Así que la pregunta entonces se convierte en: ¿cuánto tiempo toma una partícula para traspasar una barrera cuántica a través de un túnel ídem? Pollak calculó este proceso y demostró que a las bajas temperaturas en las que surgen los fenómenos cuánticos, el tiempo promedio requerido para el túnel a través de una barrera puede ser cero. Es decir, el paso a través de la barrera se produce en poco tiempo. En una continuación del mismo cálculo, demostró que la distancia entra en juego también: a veces, cuanto más larga es la distancia a un sistema a través del cual un sistema se mueve, y por lo tanto, cuanto mayor es el cambio, más corto es el tiempo requerido (2).

Otro desarrollo derivado del mismo cálculo llevó a Pollak a otra conclusión sorprendente: En sistemas como los que investigó, es posible identificar la ubicación de una partícula móvil cuántica con exactitud casi exacta. En otras palabras, este hallazgo limitó significativamente la incertidumbre descrita en el bien conocido principio de incertidumbre de Heisenberg de la física cuántica. Estos cálculos aparecieron en dos artículos recientes que fueron publicados en el Journal of Physical Chemistry Letters y Physical Review Letters. Pollak dice que el enfoque del estudio del tiempo a través de los cambios espaciales en el espacio nos está acercando a entender el papel del tiempo en los sistemas que operan de acuerdo con las intrigantes leyes de la mecánica cuántica.

---------------
(1) El Prof. Eli Pollak es tambien el titular de la Cátedra Sam y Ayala Zacks Professorial.
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(2) A mi modo de ver, es imposible generalizar el flujo de un tiempo que indiscriminadamente cuantifique a la TOTALIDAD de los fenómenos naturales. Por el contrario, si es que existe una propiedad física que identifique físicamente y con precisa particularidad a cada fenómeno natural, esa tal propiedad no es otra cosa que la(s) frecuencia(s) propia(s) e inherente(s) a todos y/o, a cada uno de los fenómenos naturales. Ahora bien, la palabra frecuencia es tambien sinónimo de tiempo: en los términos de la energía intrínseca a una propagación ondulatoria, ésta es posible únicamente en razón de la frecuencia que cuantifica y hace vibrar a la onda y esta frecuencia a su vez es indiscernible de un tiempo que le es inherente a esa misma frecuencia. Y es justamente esta indiscernibilidad la que nos lleva a plantear la siguiente UNITARIA reciprocidad inversa:

1/frecuencia= tiempo, y/o, a la inversa: 1/tiempo= frecuencia, de donde: frecuencia x tiempo= la UNIDAD que ondulatoriamente TOTALIZA a la frecuencia-tiempo propio(s) de todos y cada uno de los fenómenos naturales.

Pero en realidad este enfoque no es tan sencillo como parece: existen los denominados números primos cuya principal propiedad es justamente la intrínseca UNIDAD que TOTALIZA a todos y a cada uno de ellos, toda vez que no son divisibles sino por si mismos o por la UNIDAD que como tal(es) lo(s) identifica, por ejemplo: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17,… etc. Pero lo verdaderamente cuestionante - pero tambien en extremo útil - de los números primos es que nos permiten visualizar a las UNITARIAS TOTALIDADES 2/2= 1, 3/3= 1, 5/5= 1, 7/7= 1…., etc., UNITARIAS TOTALIDADES (*) las cuales y en los términos de la mecánica cuántica, nos permiten ahora sí, generalizar las coberturas de unos tiempos cada vez más amplios para grupos de fenómenos naturales los cuales y en función justamente de tales coberturas temporales (léase: coberturas frecuenciales) se encuentran necesariamente correlacionados como múltiplos y/o submúltiplos de una generalizada frecuencia que los UNIFICA como 0.9999999999999.... tanto en su física, como en su lógica y en sus ontologías.
….
(*) Y esto, además de que la UNITARIA TOTALIDAD= 1= 0.999999999999999… tiene infinitos nueves, así como tambien son infinitos sus diferentes y definidos grupos de nueves; pero son igualmente infinitas las informaciones que nos van proporcionando los factores primos que van constituyendo a todos y a cada uno de tales infinitos y definidos grupos de nueves:¿otra manera de enfocar la esencia de lo que en la mecánica cuántica se denomina como los “multiversos”?
…………….

Y Pollak nos resume de manera sucinta “Es decir, el paso a través de la barrera se produce en poco tiempo. En una continuación del mismo cálculo, demostró que la distancia entra en juego también: a veces, cuanto más larga es la distancia a un sistema a través del cual un sistema se mueve, y por lo tanto, cuanto mayor es el cambio, más corto es el tiempo requerido”

Efectivamente, de acuerdo con la matriz numérica - ver en ¿Hombre=Cosmos? la página 426 - que identifica a la Microondulatoria Radiación de Fondo Cósmico de los 3° Kelvin o MRFC - que en esencia es el mismo Cósmico Campo de Energía del Punto Cero o CCEPC - la diferencia entre su estado inicial: 1° Kelvin= 3/273= 1/91= el ciclo numérico infinito 0.010989.. y su estado final: 270° Kelvin= 270/273= 90/91 el ciclo numérico infinito 0.989010.., es 267° Kelvin= 89/91= 0.978021:

270/273= 90/91= 0.989│010= estado final.....¡Al revés es el estado inicial 1/273= 0.010│989..!
.............................-----|-----..................................................................................-----|-----
- 03/273= 01/91= 0.010│989= estado inicial. ¡Al revés es el estado final 270/273= 0.010│989..!
-----------------------------------------
267/273= 89/91= 0.978 021= su diferencia.

No obstante, también suman a la UNITARIA TOTALIDAD 273/273= 91/91= 1, TOTALIDAD la cual igualmente se ha coordenado cartesianamente de manera compleja:

270/273= 90/91= 0.989│010=estado final...¡Al revés = estado inicial 1/273= 0.010│989..!
............................-----|------...........................................................................-----|------
+03/273= 01/91= 0.010│989=estado inicial. ¡Al revés= estado final 270/273= 0.010│989..!
-----------------------------------------
273/273= 91/91= 0.999 999= asintótica cercanía a 0.9999999…. = UNITARIA TOTALIDAD= 1

Resumiendo y como una analogía al comentario de Pollak sobre el mismo tema: cuanto mayor sea la diferencia de potencial cuántico al interior de cada uno de los 45 pares de estados cuánticos TOTALIZADOS en su propia UNIDAD y que constituyen a la matricial mutualidad especular que conforma al CCEPC/MRFC, mayor será también la potencia energética de su interacción y también más corto el tiempo requerido para su trueque, y todo ello no importando el que las cosas… ¡estén sucediendo al interior de la tunelización cuántica que interconecta, en un tiempo cero, a los mismísimos límites iniciales↔finales del Cosmos que habitamos….!

2.Publicado por Cornelio Gonzalez el 06/04/2017 21:46

Como un necesario complemento mi comentario 1, enuncio nuevamente su idea inicial:

“Las proteínas son cadenas moleculares largas que se pliegan en formas tridimensionales muy específicas para funcionar. Y a medida que avanzan sus vidas, se despliegan y se repliegan, abriéndose y regresando a sus estructuras preestablecidas. Estas dinámicas pueden ser descritas por las leyes de la física”.

Ahora bien, como ejemplo de tal proteínico y tridimensional desplegamiento↔plegamiento, puse en evidencia el hecho de que en la Microondulatoria Radiación de Fondo Cósmico de los 3° Kelvin o MRFC - que en esencia es el mismo Cósmico Campo de Energía del Punto Cero o CCEPC - su estado inicial: 1° Kelvin= 3/273= 1/91= el ciclo numérico infinito 0.010989..010989… sumado a su estado final: 270° Kelvin= 270/273= 90/91= el ciclo numérico 0.989010..989010.., alcanzan entre si a la UNITARIA TOTALIDAD= 1= 0.99999999… (infinitos nueves) y la cual, como sistema que es, también ha llegado a coordenarse cartesianamente de manera compleja:

0003/273= 01/91= 0.010│989=estado inicial. Leído al revés = estado final 270/273= 0.989│010
...............................-----|-----....................................................................................-----|-----
+270/273= 90/91= 0.989│010= estado final. Leído al revés = ..estado inicial 1/273= 0.010│989
-------------------------------------------
0273/273= 91/91= 0.999 999= asintótica cercanía 0.999999…. a la UNITARIA TOTALIDAD= 1

Pues bien, existe un hecho trascendental el cual y por falta un oportuno espacio dentro del mismo comentario 1 no fue mencionado: la misma fenomenología física que universalmente materializa al MRFC/CCEP, se lleva a cabo por parte de las proteínas que constituyen a los unitarios grupos de 13 microtúbulos que conforman al “esqueleto” o citoesqueto de nuestras células orgánicas, es decir que el instantáneo - luego también: eterno - universal y tridimensional despliegue↔repliegue de la UNITARIA TOTALIDAD Cósmica sobre sí misma, se realiza también en función de nuestra vital-consciente dinámica orgánica y esto, tanto a nivel personal, como en todos y en cada uno de nosotros, los seres humanos. Sobre el tema ver en ¿Hombre=Cosmos?, el Apéndice 31, página 347 y siguientes, pero muy especialmente las páginas comprendidas entre la 360 y la 368.

3.Publicado por Javier GONZALEZ el 23/05/2017 08:01
Cornelio, Te has dado cuenta que mientras más estúpido es el argumento que usa alguien en una conversación… más complicado es rebatirlo?
“La ignorancia frecuentemente proporciona más confianza que el conocimiento” llegó a decir Charles Darwin pero Kruger y Dunning los investigadores fueron los que dieron respuesta científica a este comportamiento. Lo llamaron Efecto Dunning-Kruger y su hipótesis es que, en una habilidad típica que los humanos poseen en mayor o menor grado:

Los individuos incompetentes tienden a sobrestimar su propia habilidad.
Los individuos incompetentes son incapaces de reconocer la habilidad de otros.
Los individuos incompetentes son incapaces de reconocer su extrema insuficiencia.
Si pueden ser entrenados para mejorar sustancialmente su propio nivel de habilidad, estos individuos pueden reconocer y aceptar su falta de habilidades previa.

Segunda Ley de De Myer:

Cualquier persona cuyo argumento consista principalmente en citas enormes puede ser ignorado sin miedo, y se considera que perdió la discusión antes de haber empezado.

4.Publicado por Cornelio Gonzalez el 27/05/2017 19:36

Javier:

Que sea la sabiduría de un antiguo proverbio popular, el que esta vez y con muy cortas pero certeras palabras, defina con quirúrgica precisión tu ignorancia, tu falta de inteligencia y tu ofuscada testarudez. ¿O es que acaso el “Efecto Dunning-Kruger” y su fan Javier González son tan poderosos, que con pocas palabras pueden, conceptualmente, encerrar al mismísimo INFINITO y con el cual, no yo, sino los científicos del Instituto Weizmann, están tratando?:

A palabras necias (1), oídos sordos.

………………

(1) Diccionario RAE: acepciones de NECIO/A:

1. adj. Ignorante y que no sabe lo que podía o debía saber. U. t. c. s.
2. adj. Falto de inteligencia o de razón. U. t. c. s.
3. adj. Terco y porfiado en lo que hace o dice. U. t. c. s.

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