Ученые впервые зарегистрировали квантовое поведение пептидов

То волна, то частица: корпускулярно-волновой дуализм частиц (или квантово-волновой дуализм) на протяжении многих лет будоражит умы ученых. Этим термином обозначают свойство реальных частиц вести себя и как классические точечные тела, и как волны. Не так давно физики показали квантовую природу пептидов. Продемонстрировать квантовое поведение молекул пептидов ученым удалось впервые.

Пептиды — это цепочечные молекулы, содержащие от двух до ста остатков аминокислот, соединенных между собой амидными (пептидными) связями. Соединения, представляющие собой полимеры из нескольких аминокислот, очень распространены в живой природе.

Квантовые свойства пептидов впервые удалось наблюдать физикам из Австрии, Великобритании и США под руководством Маркуса Арндта (Markus Arndt) из Венского университета. В рамках эксперимента ученые создавали пучки грамицидина A1 в газовой фазе — антибиотика с линейной структурой из 15 аминокислот, масса молекул которого равна 1882 атомным единицам массы. Результаты нового эксперимента открывают возможности для изучения квантовых свойств белков, участков ДНК и других биомолекул.

Проведенные опыты заключались в создании пучка ультрахолодных молекул и наблюдении интерференционных картин от взаимодействия частиц. Для этого ученые обстреливали покрытый грамицидином цилиндр лазерными импульсами длительностью несколько фемтосекунд, а испарившиеся молекулы увлекали потоком аргона или гелия. Затем поток сужали и направляли в полностью оптический интерферометр Тальбота — Лау, в котором в качестве дифракционных решеток выступают стоячие волны ультрафиолетового лазера. Выбранная частота лазера позволяет эффективно ионизировать остатки триптофана в составе грамицидина, что превращает стоячую волну в череду полос прозрачности.

Длина волны де Бройля для молекул грамицидина должна составлять около 350 фемтометров, что в 10000 раз меньше радиуса Ван-дер-Ваальса, на котором становятся заметны межмолекулярные силы взаимодействия. Однако полученную авторами картину интерференции можно объяснить только в предположении, что молекулы делокализованы более чем на 20 своих размеров.

Авторы называют ключевым использованным новшеством применение ультрафиолетовых лазеров с фемтосекундными импульсами, что позволило испарять хрупкие молекулы эффективнее любых других методов. Ученые прогнозируют, что схожим образом можно добиться изучения квантового режима небольших белков, таких как инсулин. Дальнейшие модификации должны позволить реализовать схожие опыты с другими видами биомолекул, в том числе с участками ДНК.

Статья опубликована на портале arXiv.org  
Источник: scientificrussia.ru