Как наши ферменты способны осуществлять квантовое туннелирование?

Протоны водорода подвергаются квантовому туннелированию на Солнце, чтобы слиться в гелий, но они могут сделать это только потому, что находятся под огромным давлением и высокой температурой, а протоны и электроны разделяются. Но наша пищеварительная система также использует квантовое туннелирование для ускорения процесса пищеварения, но как ферменты высвобождают электроны, когда температура нашего тела такая низкая?

Ответы (2)

Вероятность квантово-механического туннелирования через барьер зависит от энергии, связанной с барьером . Для слияния двух протонов требуется преодоление энергетического барьера в несколько миллионов электрон-вольт. Напротив, энергетические барьеры для изменения конфигурации атомов и молекул обычно составляют несколько электрон-вольт или даже доли электрон-вольта.

Квантово-механическое туннелирование может происходить в ферментах при комнатной температуре, поскольку энергетические барьеры сравнимы с тепловыми энергиями при комнатной температуре, составляющими несколько миллиэлектрон-вольт.

Я мало что знаю о пищеварении, поэтому не уверен, о каком биологическом процессе вы говорите. Тем не менее, вероятность туннелирования требует только энергии, которая значительна по сравнению с энергетическим барьером. Солнце пытается сплавить ядра, а энергия, связывающая ядра, огромна. Так что это требует много энергии и очень высоких температур. В химических ситуациях энергия, которая связывает электрон с атомом или молекулой (или энергия, которая связывает атомы вместе), может быть в миллионы раз ниже энергетического барьера, существующего на Солнце. Поэтому неудивительно, что процессы туннелирования химической энергии могут происходить при комнатной температуре.

но как высокая температура увеличивает вероятность возникновения туннелирования?
Думайте о частицах как о связке шариков в коробке. Если вы встряхнете его сильнее (более высокая температура), более вероятно, что некоторые из них в конечном итоге выпрыгнут из коробки. Если коробка очень большая (солнце), возможно, вам придется очень сильно ее встряхнуть; в противном случае менее энергичное встряхивание (более низкие температуры) все же могут вытолкнуть шарики.
Но все же остается небольшая вероятность того, что произойдет туннелирование, которое вызовет синтез, но такое высвобождение энергии убьет нас, так почему же этого не происходит?
@Learn_to_forget энергии, выделяемой при одном ядерном синтезе, недостаточно, чтобы убить вас, а при температуре тела такое событие происходит очень-очень редко (вероятно, функционально никогда)