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Vita 2013, 3

476

filtro di spin che può discriminare tra i loro stati di spin, e quindi filtrare selettivamente gli elettroni di una particolare direzione di spin
fuori dal percorso di conduzione se hanno viaggiato abbastanza lontano lungo la molecola da generare una forza elettromotrice
sufficiente come sarebbe necessaria per tale selezione [7 , 8]. Ciò consentirebbe la filtrazione di un elettrone o del suo stato in un
punto selettivo che è determinato dal suo stato di spin e dalla distanza che è condotto in modo coerente lungo la molecola di DNA, e
quel punto selettivo è un singolo nucleotide che funziona come un quanto cancello.

Un motore Szilard utilizza le informazioni per convertire la quantità di moto di una particella in lavoro utile, ed è stato teoricamente
dimostrato come un motore Szilard possa essere costruito fisicamente dalle informazioni mediante le quali funziona in modo tale da
renderlo simultaneamente reversibile sia logicamente che termodinamicamente , e quindi funzionano come una porta logica quantistica [4].
Il DNA è un polimero che costituisce fisicamente l'informazione che definisce il concetto e la funzione del sistema biologico in cui si trova, e
poiché la molecola di DNA è la fisicità dell'informazione genetica mediante la quale funziona un sistema biologico, dovrebbe essere
considerata come potenzialmente possedere tale funzione di porta logica quantistica reversibile logicamente e termodinamicamente se la
funzione del motore di Szilard dovesse aver luogo al suo interno [9,10]. Si può teoricamente dimostrare che tale funzione reversibile del
motore di Szilard ha luogo in ciascun nucleotide di una molecola di DNA, consentendo ai nucleotidi di funzionare come porte quantistiche
concatenate mediante le quali i qubit di spin dell'elettrone possono interagire in modo coerente. È così che una funzione di porta logica
quantistica del motore di Szilard reversibile teorica nel DNA si combina con le proprietà dimostrate del DNA di conduzione elettronica
coerente e filtrazione dello spin elettronico per effettuare la funzione logica quantistica all'interno e attraverso la molecola di DNA.

2. Anello furanoso "Pseudorotazione"

La funzione di porta quantistica che abilita la funzione logica quantistica nel DNA si verifica nella porzione desossiribosio del
nucleotide del DNA. Il desossiribosio deriva dalla molecola del furanosio ed è uno zucchero ciclico a 5 atomi di carbonio che ha una
struttura ad anello "raggrinzita". La struttura ad anello mostra una "pseudorotazione" attorno a una serie di cambiamenti
conformazionali in quel "pucker di zucchero" e le barriere energetiche tra i cambiamenti conformazionali sono relativamente basse. Di
particolare importanza sono le conformazioni degli enantiomeri C2-endo e C3-endo che sono separate da una barriera energetica di 0,6
kcal / mole [5]. (Si noti che questo articolo si occuperà principalmente degli enantiomeri C2-endo e C3-endo, ma che anche altre
conformazioni di pseudorotazione dell'anello furanoso non discusse qui possono avere rilevanza per i processi logici quantistici del
DNA). La barriera energetica tra questi due enantiomeri è abbastanza bassa da consentire un facile spostamento conformazionale
avanti e indietro tra di loro, e quando un tale spostamento si verifica nell'anello desossiribosio della molecola di DNA ha effetto altri
significativi cambiamenti conformazionali nel nucleotide di cui fa parte . In particolare, quando l'enantiomero C2-endo si sposta
sull'enantiomero C3-endo, si verifica una rotazione attorno al legame C3-C4 che può determinare uno spostamento negli orientamenti
del carbonio C3 e del carbonio C5, e questo determina un spostamento conformazionale locale nella spina dorsale di DNA fosfato che
cambia l'orientamento e la distanza tra i rispettivi atomi di fosforo attaccati. Allo stesso tempo questo spostamento enantiomerico tra
C2-endo e C3-endo può determinare un cambiamento significativo nell'angolo del legame N-glucosidico che cambia l'orientamento
della base nucleotidica che è attaccata al carbonio C1 della porzione desossiribosio del nucleotide. Quindi nella porzione desossiribosio
del nucleotide del DNA un cambiamento conformazionale a bassa energia tra C2-endo