¿Qué importancia tiene la mecánica cuántica para la biofísica?

Si la biofísica es en gran medida la medición del mundo biológico y el uso de esas mediciones para construir reglas que gobiernan los fenómenos biológicos, [1] entonces, sería importante entender cómo funcionan las mediciones a escalas biológicamente relevantes. Gran parte de las interacciones biofísicas ocurren a escala molecular y, como resultado, las técnicas utilizadas para investigar esas interacciones se basan en un mecanismo que está influenciado por la mecánica cuántica.

Claro, es posible entender lo que está sucediendo sin una comprensión profunda de la mecánica cuántica. Las personas miran los espectros IR y usan sondas de fluorescencia todo el tiempo sin comprender lo que sucede a nivel subatómico. [2] Pero es mucho mejor que comprenda cómo funcionan todas sus herramientas si realmente quiere saber de qué es capaz y cuáles son sus límites.

Notas al pie

[1] La respuesta de Christopher VanLang a ¿Qué es la biofísica?

[2] ¿Cuáles son algunas herramientas experimentales diferentes utilizadas en los laboratorios de física biológica?

Ciertamente, existen subcampos dentro de la biofísica que no requieren una visión profunda del mundo de la mecánica cuántica. Sin embargo, trataré de enumerar un par de áreas donde el conocimiento en mecánica cuántica es importante.

Primero, biofísica de molécula única . Partiendo de las pinzas ópticas, siendo una de las principales herramientas en biofísica de molécula única (para atrapar y manipular), donde cierta comprensión de la óptica cuántica puede ser bastante útil. Además, comprender algunos de los procesos hasta la escala de nanometros requiere una mecánica cuántica.

En segundo lugar, se han propuesto una serie de experimentos que involucran sistemas biológicos, con el objetivo de estudiar características mecánicas cuánticas más fundamentales, por ejemplo, enredos. Un pequeño artículo sobre este tema de Ignacio Cirac se puede encontrar aquí ([0909.1469] Hacia la superposición cuántica de organismos vivos).

Finalmente, una búsqueda rápida me llevó a estos artículos [1, 2], discutiendo los efectos cuánticos en biofísica. Además, el primer artículo se origina en el Grupo Fleming en Berkeley, donde puedes encontrar mucho más sobre la mecánica cuántica en biología.

[1] http://www.cchem.berkeley.edu/gr
[2] Física de la vida: los albores de la biología cuántica

Comprender la mecánica cuántica no es necesario tanto para la biología en sí (muchas cosas en biología pueden explicarse por la física clásica con algunas excepciones importantes *), pero para comprender las técnicas utilizadas para estudiarlas. Para la mayoría de las técnicas, un curso de pregrado está bien. Existen algunas técnicas que requieren un mayor nivel de comprensión. Por ejemplo, el desarrollo de la metodología en RMN de estado sólido requiere una comprensión a nivel de posgrado de la mecánica cuántica, muchas de las técnicas ópticas más exóticas como la espectroscopía infrarroja 2D también requieren un nivel similar de comprensión.

* La reactividad química es fundamentalmente un efecto mecánico cuántico, un hecho que generalmente se ignora al discutir las aplicaciones de la mecánica cuántica.

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