Transporte quântico mediado por interações coulombianas em canais iônicos - March, Nicole Martins de (2019)
Canais iônicos são proteínas transmembrana que permitem a passagem rápida de íons específicos através da membrana celular. A explicação do processo responsável pela alta eficiência de condução de íons K+ (108 íons s1) e seletividade do canal iônico é um problema aberto na ciência. Dados cristalográficos possibilitam descrever a estrutura que media esse transporte, o filtro de seletividade. Através desses dados e usando simulações clássicas de dinâmica molecular, diferentes modelos funcionais para o mecanismo de condução e seletividade são desenvolvidos. Análises recentes mostram um mecanismo onde a repulsão direta entre íons de potássio sem suas camadas de hidratação seriam responsáveis por esse transporte rápido, confrontando modelos anteriores. Por outro lado, a abordagem clássica para processos biológicos na escala limite de nanômetros tem sido revisada, propondo-se que fenômenos quânticos sobreviveriam no transporte de cargas e energias em sistemas vivos, indo além do âmbito de simples ligações moleculares. Assumindo que o filtro de seletividade do canal iônico de potássio possa exibir coerência quântica no processo de condução iônica, estendemos modelos anteriores levando em consideração efeitos de repulsão coulombiana entre íons de potássio. As escalas de tempo do processo de transporte são reescaladas por essa interação, impondo limites em parâmetros de entrada e saída de íons no filtro. Primeiro analisamos o caso de duas partículas e, como observado em outros sistemas, encontramos taxas de ruído que ajudariam o transporte. Além disso, com o intuito de verificar efeitos mais drásticos de repulsão, analisamos a interação para números maiores de partículas e diferentes números de sítios de ligação dentro da estrutura do filtro. O aumento do número de partículas leva a uma saturação da ocupação no interior do filtro, caso onde é atingido um máximo de eficiência nas taxas de transferência. A variação no número de sítios permitiu que se estimasse o caso limite onde os intervalos de tempo de drenagem do filtro escalam linearmente com o número de partículas.