Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Estudo de um modelo Quântico para Canais Iônicos
ALVARO ANDRES CIFUENTES GARCIA
DISSERTAÇÃO
27/02/2014

Os fenômenos de transporte são muito importantes para o normal desempenho dos sistemas biológicos. Tradicionalmente, esse transporte tem sido modelado como produzido por processos clássicos aleatórios, onde conceitos como coerência quântica ou emaranhamento não pareciam ter um papel relevante. O presente trabalho faz parte de uma nova linha de pesquisa, a chamada Biologia Quântica. Estudamos detalhadamente o papel dos diferentes componentes envolvidos em um modelo quântico para o transporte de íons de Potássio por canais na membrana celular. No modelo são relacionados o grau de coerência quântica no filtro de seletividade desse canal e a condutividade iônica. Foram encontradas na literatura indicações evidências sobre a presença de dois caminhos de condução estarem envolvidos no processo de transporte através do filtro de seletividade de um canal iônico KcsA de K+, e baseando-nos nisso, nós propusemos um modelo quântico de transporte para a dinâmica desse filtro. Mostramos que de fato a existência de um segundo caminho de condução pode levar a uma vantagem na eficiência como um resultado da interferência quântica. Ademais, expandimos nossa investigação para topologias e condições que podem ser reproduzidas experimentalmente, sendo esse estudo importante para fomentar ideias para a elaboração de dispositivos artificiais que possam fazer uso da mesma física envolvida em canais iônicos para a realização de transporte eficiente de carga eléctrica, energia ou mesmo informação quântica.

Canais iônicos, filtro de seletividade, sistemas quânticos abertos, equação mestra markoviana, transporte quântico, correlações quânticas
Transport phenomena are very important for the ordinary performance of a biological system. Usually, such a transport has been modeled as the result of random classical processes where concepts as quantum coherence or entanglement do not seem to have an important role. The present work belongs to a research line named Quantum Biology. We studied in detail the role of different components involved in a quantum model for the transport of Potassium ions through the cell membrane. In this model, the degree of quantum coherence in the selectivity filter of the channel and the ionic conductivity are intrinsically connected. We found in the literature evidence about the existence of two conduction paths being involved in the ionic transport across the selectivity filter in the KcsA channel of K+, and based on that, we proposed a quantum model of transport for the dynamics of that filter. We show that the presence of a second path may actually bring advantages for the efficiency in the filter as a result of quantum interference. Furthermore, we expanded our investigations to topologies and conditions which can be experimentally implemented, making this study relevant in what concerns the furnishment of ideas for the development of artificial devices, which have the same physical properties that the ionic channels have in order to obtain an efficient transport of electric charge, energy or quantum information.
Ionic channels, selectivity filter, open quantum systems, markovian master equation, quantum transport, quantum correlations
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

FÍSICA
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Banca Examinadora

FERNANDO LUIS DA SILVA SEMIAO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
ROBERTO MENEZES SERRA Docente - PERMANENTE
JOSE ANTONIO ROVERSI Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 7
FUNDACAO DE AMPARO A PESQUISA DO ESTADO DE SAO PAULO - Bolsa de Mestrado 17

Vínculo

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Não