Physique quantique et ADN ...

[shmikkki]

Bonjour à tous !

Je suis désolé si cette question n’est pas dans la bonne section du forum, mais comme c’est à cheval entre la physique et la biologie …
Mes questions sont les suivantes :

Des recherches sérieuses ont-elles déjà été conduites en biologie moléculaires sur les propriétés quantiques de l’ADN ?
J’aurais tendance à dire que non à cause du fait qu’il faut avoir de solides compétences en biologie moléculaire et en physique quantique pour conduire de telles études. Et puis, l’ADN est une molécule interagissant tout le temps avec la machinerie cellulaire (duplication, transcription, etc …), comment pourrait-on étudier les propriétés quantiques d’un tel objet en évitant la réduction du paquet d’ondes ?

Question un peu annexe :
En fait, je me pose ces questions car je me demande pourquoi l’ADN polymérase fait des erreurs (genre 1/7000pb). Alors oui, je sais que dans un environnement fluctuant, les erreurs augmentent la variabilité génétique, et donc permet de s’adapter rapidement à un changement. Mais ma question relève de l’ordre du microscopique : Que se passe-t-il lorsque l’ADN polymérase met un T en face d’un C ? Ca peut paraître bête, mais je trouverais élégant si on trouvait un lien entre la physique quantique et les erreurs de l’ADN polymérase …
Peut être que lorsqu’on s’aperçoit d’une erreur sur le génome, notre observation réduit le paquet d’onde et « oblige » un objet quantique à se localiser … ? C’est très confus dans ma tête, mais … je me demande si ce type de questions ne relève d’un paradoxe du chat de Schrödinger à l’échelle génomique ?

J’espère que ce sujet à éveillé votre curiosité, et sera suivi de nombreuses réponses !!

En vous remerciant par avance !
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[Deedee81]

La chimie quantique est une discipline très active, mais je ne connais pas le rapport avec l'ADN.

Ce que je sais, c'est que l'étude du hasard moléculaire est de plus en plus étudié (lu dans PLS ou La Recherche, désolé, je n'ai pas noté les références). Dans le sens où, par exemple, si une molécule régulatrice n'est présente qu'en quantité limitée, l'activation d'un gêne peut ou non se faire selon la simple présence au bon endroit de la molécule dans la cellule, ça se manifeste par des patchwork cellulaires étonnant (quand on active par exemple un gêne de fluorescence pour aider à la visualisation des gênes activés).

Or, le quantique est aussi lié au hasard. Donc, un lien pourrait aussi exister de coté. Mais je ne sais pas à quel point. Par exemple, dans le mécanisme des erreurs que tu invoques, c'est assez plausible (faut voir aussi le rôle des fluctuations thermiques !)

Pour progresser dans ce débat il faudrait quel quelqu'un puisse fournir des références utiles. Un candidat ?

[shmikkki]

Or, le quantique est aussi lié au hasard. Donc, un lien pourrait aussi exister de coté. Mais je ne sais pas à quel point. Par exemple, dans le mécanisme des erreurs que tu invoques, c'est assez plausible (faut voir aussi le rôle des fluctuations thermiques !)

Oui, c'est exactement ce type de question et d'intuitions qui me trottent dans la tête ...
Une mutation , n'est rien d'autre qu'une erreur de l'ADN polymérase. Mais on a aucune idée de ce qu'il se passe au niveau microscopique. Pourquoi tout les 7000pb, elle va mettre un T à la place d'un C? Or, nous pouvons constater une mutation seulement en l'observant. Et, on le sait depuis l’avènement de la physique quantique, les propriétés physiques à l’échelle atomiques dépendent de l'observation, et le concept de réalité objective a été mis à mal. Alors, une mutation ne pourrait pas être le résultat de l’effondrement de la fonction d'onde? Une mutation, comme n'importe quelle association entre les nucléotides. Mais, ce que l'on appelle mutation serait un cas particulier de la fonction d'onde?

[mtheory]

http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_Aspects_of_Life

[A voir en vidéo sur Futura]

[shmikkki]

Wouhh!!
Merci pour ce lien très intéressant mtheory! C'est exactement le genre de références que je recherche!
Mais ...110 dollars ...

Sinon, personne n'aurait des éléments de réponses concernant ce débat ici?

[kalish]

Concernant la réalité objective j'aurais quelque chose: quoiqu'en dise l'interprétation de copenhague il se trouve qu'on a jamais dans la même pièce deux chercheurs qui observent deux choses différentes, tu peux appeler ça de l'intersubjectivité, ou dire qu'il y en a toujours un qui fait la mesure en premier et que l'autre mesure un résultat partant de la première mesure, puisque a priori il n'est pas possible d'échanger instantanément plusieurs quantas d'énergies à partir de la même source. Mais il ne faut pas se tromper dans ce qu'on appelle observation, une observation faite par un robot en est bien une, l'introduction de Feynman sur la MQ est assez claire là dessus. Pour ma part je pense que les erreurs apparaissent surtout à cause des chocs, où des composés perturbants, des champs électriques etc...et surtout pas EXACTEMENT tous les 7000 paires, quelles que soient les conditions, c'est une moyenne je suppose, on sait par exemple induire des erreurs avec des rayonnements si je ne m'abuse.

[Deedee81]

Mtheory, merci pour ce lien que je ne connaissais pas.

[...] et surtout pas EXACTEMENT tous les 7000 paires, quelles que soient les conditions, c'est une moyenne je suppose

En effet, c'est une moyenne. Je suppose que le processus doit être proche d'un processus poissonien (erreurs indépendantes) (sans doute pas tout à fait car il peut y avoir des facteurs facilitant ou non lié aux propriétés locales de l'ADN, je pense par exemple à une abondance plus grande de l'une ou l'autre base qui peut modifier les propriétés physico-chimiques de la portion concernée de l'ADN. Je n'en sais guère plus étant donné que la fréquence des mutations tel qu'on l'étudie est habituellement liée à la sélection naturelle, ce qui est fort différent de ce dont on discute ici).

Oui, les rayonnements ionisants induisent des mutations (de même que certaines molécules ou divers facteurs de stress).

[shmikkki]

oui, il est vrai que parler d'une erreur tout les 7000pb n'est qu'une moyenne ... Mais finalement, on a toujours pas l'explication du pourquoi l'ADN polymérase fait des erreurs???
Même en parlant des chocs, des composés perturbant et des champs électriques, je ne comprend toujours pas pourquoi "à un moment", une série de phénomènes comme celle-ci peut amener à une erreur ... Pour le comprendre, je suppose qu'il faut aller jusqu'à une échelle microscopique ... mais comment essayer de comprendre cela en faisant abstraction de la subjectivité quantique ...
Vous allez me dire, c'est le même problème avec n'importe quelle réaction chimique dans la nature, pourquoi se focaliser sur l'ADN? Oui, c'est vrai, mais le fait que l'ADN polymérase fasse des erreurs est assez ... singulier dans la nature, non? Enfin, j'y connais pas grand chose, mais il me semble que dans les réactions chimiques, il n'y a pas "d'erreur"? lorsque un composé A se transforme en B + C, il n'y a pas un composé A tout les 7000 qui ne se transforme pas? Si?

[JPL]

Elle fait des erreurs tout simplement parce que les mécanismes de reconnaissance entre enzyme et substrat sont des mécanismes approximatifs et non des mécanismes de précision. On a longtemps utilisé l'image de la clé et de la serrure pour illustrer le mécanisme de reconnaissance du substrat par l'enzyme et on a en tête l'idée qu'une serrure correspond à une seule clé. Pourtant chacun sait qu'une serrure ancienne ou un cadenas bon marché peuvent être ouverts avec plusieurs clés qui ne se ressemblent que de loin.

En moyenne l'ADN polymérase accepte mieux une bonne paire de bases qu'une paire mal appariée mais en réalité elle commet beaucoup plus d'erreurs qu'on ne le pense généralement. Elle en détecte pas mal a posteriori (mécanisme de relecture) et revient alors en arrière pour éliminer la mauvaise base... dans l'espoir (cas le plus fréquent) qu'elle sera remplacée par une base correcte. Beaucoup d'erreurs restantes sont ensuite corrigées par d'autres mécanismes mais comme aucun n'est précis à 100% il reste quelques erreurs résiduelles.

Il est possible donc d'expliquer simplement les choses sans faire appel à un quelconque hasard quantique, même si la forme et la répartition des charges dans une molécule sont in fine dépendantes de la mécanique quantique. Mais il en est de même pour les molécules du marteau avec lequel je tape sur les clous. Cependant je peux parfaitement expliquer l'action du marteau sur les clous... ou sur mes doigts sans faire appel au hasard quantique pour expliquer pourquoi je me fais mal de temps en temps.

[Deedee81]

C'est clair qu'il existe des tas de mécanisme plus ou moins précis avec telles ou telles fonction.

Une question qui serait sans doute plus pertinente serait alors :
- quelle est la part des effets de hasard en biologie cellulaire (présence ou non de la molécule au bon endroit dans la cellule, par exemple) (là je sais qu'il existe pas mal de choses sur le sujet pour l'avoir lu dans des revues)
- quelle est la part des fluctuations thermiques
- quelle est la part des fluctuations quantiques

Sujet vaste et (amha) où beaucoup reste encore à comprendre.

[shmikkki]

Merci JPL pour ces explications claires et relevant du bon sens ... ce qui m'embête un peu car j'aurais bien aimé une explication des mutations de l'ADN en faisant appel à la physique quantique . J'aurais trouvé ça "élégant"!
Comme tu le dis, essayer de comprendre ces mutations de plus en plus précisément relève des même problèmes d'interprétation inhérents à la physique quantique que ceux évoqués pour un marteau tapant sur un clou ...
Il n'y pas longtemps, sur un autres topic, Deedee81 avait parlé d'une molécule de plus de 1200 unités atomiques que des chercheurs avaient réussi à garder dans un état superposé. Ce serait intéressant de pouvoir faire de même avec un brin d'ADN (disons 5pb, ce qui doit faire j'imagine à peu près 700 atomes) et de "balancer" dans le système une ADN polymérase et de faire une mesure de ce qu'il se passe avant et après le passage de la polymérase ...
Je dis surement n'importe quoi, mais je serais vraiment curieux de voir les résultats d'expérience de ce type, mêlant biologie moléculaire et physique quantique.

[shmikkki]

Une question qui serait sans doute plus pertinente serait alors :
- quelle est la part des effets de hasard en biologie cellulaire (présence ou non de la molécule au bon endroit dans la cellule, par exemple) (là je sais qu'il existe pas mal de choses sur le sujet pour l'avoir lu dans des revues)
- quelle est la part des fluctuations thermiques
- quelle est la part des fluctuations quantiques

Oui, là j'avoue que c'est de bonnes questions!
Lorsque on pense par exemple à la méiose, pourquoi une part du génome va d'un côté et l'autre part va de l'autre? Quelle est la part des fluctuations quantiques là-dedans?

[JPL]

Lorsque on pense par exemple à la méiose, pourquoi une part du génome va d'un côté et l'autre part va de l'autre? Quelle est la part des fluctuations quantiques là-dedans?

Au mieux un peu plus, mais pas beaucoup, que dans la sortie des boules lors du tirage du loto.

[invite231234]

Déjà qu'on a du mal à calculer toutes les orbitales atomiques (eh oui atomiques ! ) d'un atome d'hélium ... j'imagine mal pour l'ADN !!!

[shmikkki]

Au mieux un peu plus, mais pas beaucoup, que dans la sortie des boules lors du tirage du loto.

Oui c'est vrai après tout!
Mais du coup, ça me fait penser à un autre truc: On sait que dans un modèle bi-allélique A/a, un enfant à autant de chances de tomber sur a que sur A. Donc P(a)=1/2. Mais, du point de vue de la physique quantique, peut on raisonnablement dire que P(a)=1/2 pour l'enfant? Si fluctuation quantique il y a, quand est-il de ces probabilités? Si on observe pas le système parent/enfant, peut on dire dans le formalisme quantique que l'enfant possède à la fois le a et le A avant l'observation?

[JPL]

C'est le bébé de Schrödinger ?

[shmikkki]

Oui, on peut dire ça!

[mtheory]

http://www.futura-sciences.com/fr/ne...iologie_22503/



http://beyond.asu.edu/drupal/researc...uantum-biology

[shmikkki]

Comme d'habitude Mtheory se débrouille pour trouver les liens qui tapent juste!!
Merci beaucoup pour ces liens, la biologie quantique ... c'est passionnant!
Maintenant, un peu de lecture ...

[JPL]

À ma connaissance il n'y a pour le moment que dans la photosynthèse que des mécanismes quantiques ont été avancés avec un degré raisonnable de certitude. Ce que je veux dire c'est que tant que des mécanismes classiques peuvent expliquer ce qu'on observe au niveau des molécules de nos cellules, je ne vois pas la nécessité d'invoquer du quantique. Par contre si des observation sont ou deviennent (après des investigations plus approfondies) inexplicables par ces mécanismes, là il faut sauter le pas.

[mtheory]

À ma connaissance il n'y a pour le moment que dans la photosynthèse que des mécanismes quantiques ont été avancés avec un degré raisonnable de certitude. Ce que je veux dire c'est que tant que des mécanismes classiques peuvent expliquer ce qu'on observe au niveau des molécules de nos cellules, je ne vois pas la nécessité d'invoquer du quantique. Par contre si des observation sont ou deviennent (après des investigations plus approfondies) inexplicables par ces mécanismes, là il faut sauter le pas.

Complétement d'accord, l'élégance et la magie d'une idée ne suffisent pas pour qu'elle soit vraie. On en saura peut-être plus dans 10 à 20 ans.

[Alhec]

Concernant la photosynthèse, a-ton montré une "signification" biologique?

[JPL]

As-tu lu le lien qu'à donné mtheory ?

http://www.futura-sciences.com/fr/ne...iologie_22503/

[shmikkki]

Bonjour à tous!

Bon, j'ai bien compris que se focaliser sur les fluctuations quantiques afin d'expliquer le caractère aléatoire des mutations de l'ADN n'est pas justifié.
Mais, j'aurais bien voulu une petite réponse à cette question du "bébé de Shrodinger" (made in JPL) .
Je remet la question:
On sait que dans un modèle bi-allélique A/a, un enfant à autant de chances de tomber sur a que sur A. Donc P(a)=1/2. Mais, du point de vue de la physique quantique, peut on raisonnablement dire que P(a)=1/2 pour l'enfant? Si fluctuation quantique il y a, quand est-il de ces probabilités? Si on observe pas le système parent/enfant, peut on dire dans le formalisme quantique que l'enfant possède à la fois le a et le A avant l'observation?
C'est juste que j'essaie de comprendre la physique quantique (c'est le cas de tout le monde vous allez me dire!) et je me demande si ce qui est dit plus haut est juste?

[Deedee81]

Salut,

Je ne sais pas si il y a des cas bi-alléliques où la probabilité 1/2 est violée. Un biologiste peut y répondre.

Mais que ce soit la probabilité 1/2 ou non, je doute que ce hasard là soit fortement lié aux fluctuations quantiques. C'est juste une histoire de coïncidences (le bon spermato qui rencontre le bon ovule).

P.S. : la physique quantique n'est pas un sujet facile. Je ne suis pas sur qu'essayer de comprendre cette théorie à l'aide de l'ADN soit le meilleur moyen !!!

[JPL]

ais, du point de vue de la physique quantique, peut on raisonnablement dire que P(a)=1/2 pour l'enfant? Si fluctuation quantique il y a, quand est-il de ces probabilités? Si on observe pas le système parent/enfant, peut on dire dans le formalisme quantique que l'enfant possède à la fois le a et le A avant l'observation?

Non les bébés sont encore plus doués que les chats pour réduire la fonction d'onde.

Plus sérieusement il faudrait comprendre enfin que l'histoire du chat de Schrödinger n'est qu'une fable de vulgarisation mais qu'il n'est à aucun moment dans un état superposé. Il en est pour lui comme pour beaucoup d'images employées dans un but de vulgarisation : certains les prennent au premier degré. Le paradoxe avec ce chat c'est que cela fait exactement 77 ans que des gens sérieux se posent de faux problèmes à son sujet et ça promet de durer encore longtemps.

[Deedee81]

Salut,

Arf les bébé réducteurs Excellent

Plus sérieusement il faudrait comprendre enfin que l'histoire du chat de Schrödinger n'est qu'une fable de vulgarisation mais qu'il n'est à aucun moment dans un état superposé. Il en est pour lui comme pour beaucoup d'images employées dans un but de vulgarisation : certains les prennent au premier degré. Le paradoxe avec ce chat c'est que cela fait exactement 77 ans que des gens sérieux se posent de faux problèmes à son sujet et ça promet de durer encore longtemps.

C'est bizarre comme on a ce phénomène avec certaines expériences de pensée. On a la même chose avec le paradoxe des jumeaux.

Un bon sujet d'étude psychosociologique

[shmikkki]

Salut,

Je ne sais pas si il y a des cas bi-alléliques où la probabilité 1/2 est violée. Un biologiste peut y répondre.

Pour un parent hétérozygote ayant 2 allèles différents pour un même locus, on sait que lors de la méiose, il y a 1 chance sur 2 qu'il donne le a comme le A.

Mais que ce soit la probabilité 1/2 ou non, je doute que ce hasard là soit fortement lié aux fluctuations quantiques. C'est juste une histoire de coïncidences (le bon spermato qui rencontre le bon ovule).

Oui, je me doute aussi que les fluctuations quantiques ne sont pas très importantes et même insignifiantes pour ce type de questions, mais je me demandais quand même si on se place dans le formalisme quantique, et que l'on considère cette probabilité à l’échelle atomique (car finalement tout se passe à cette échelle), quand est-il de l'état du système avant observation (donc avant qu'il est "interaction" avec l’échelle macroscopique).

P.S. : la physique quantique n'est pas un sujet facile. Je ne suis pas sur qu'essayer de comprendre cette théorie à l'aide de l'ADN soit le meilleur moyen !!!

Tu as tout à fait raison. Je suis en train justement de me documenter sur le sujet en lisant un bouquin, et étant biologiste, j'aurais beaucoup aimé lier les 2 disciplines, car je suis depuis toujours passionné par la physique (j'ai hésité entre physique ou biologie, mais les maths m'ont fait peur ... ... et je fais d'ailleurs maintenant beaucoup de statistiques inférentielles .... ).
Mais je constate au travers de ce fil que le peu que je croyais avoir compris à la physique quantique est en fait faux ....

[shmikkki]

Plus sérieusement il faudrait comprendre enfin que l'histoire du chat de Schrödinger n'est qu'une fable de vulgarisation mais qu'il n'est à aucun moment dans un état superposé.

Arg, je ne l'ai toujours pas compris ...
Bon, je vais me (re) documenter ...

[JPL]

je me demandais quand même si on se place dans le formalisme quantique, et que l'on considère cette probabilité à l’échelle atomique (car finalement tout se passe à cette échelle), quand est-il de l'état du système avant observation (donc avant qu'il est "interaction" avec l’échelle macroscopique).

Avant d'être aussi ambitieux renseigne-toi par exemple sur les problèmes rencontrés pour formaliser les états d'un simple noyau d'hélium avec la mécanique quantique...