Sinh học lượng tử là ngành ứng dụng cơ học lượng tử và hóa học lý thuyết vào các khía cạnh của sinh học không thể được diễn giải một cách chính xác bằng các định luật của vật lý cổ điển. Sự hiểu biết về các tuơng tác lượng tử nền tảng là cần thiết vì những thứ này sẽ quyết định các đặc tính của cấp độ tổ chức tiếp theo trong các hệ thống sinh học.
Nhiều tiến trình sinh học bao gồm việc chuyển đổi năng lượng thành các dạng để có thể sử dụng được cho các quá trình chuyển đổi hóa học, và đây được xem là cơ học lượng tử trong thế giới tự nhiên. Những tiến trình như vậy bao gồm các phản ứng hóa học, hấp thụ ánh sáng, hình thành trạng thái được kích thích của điện tử, vận chuyển năng lượng exciton, và vận chuyển các electron và proton (ion H+) trong các quá trình hóa học; các tiến trình được đề cập ở trên gặp trong quang hợp, hệ thống khứu giác và hô hấp tế bào. Sinh học lượng tử có thể sử dụng các tính toán để mô hình hóa các tương tác sinh học dựa trên các hiệu ứng của cơ học lượng tử. Thông thường nó liên quan tới những đặc điểm lượng tử "không tầm thường" như chồng chập lượng tử, tính bất định xứ, vướng víu lượng tử và hiệu ứng xuyên hầm, có thể được giải thích bằng cách thu nhỏ các tiến trình sinh học về mức vật lý của các hạt, mặc dù các hiệu ứng này khó để có thể nghiên cứu và có thể mang tính suy đoán.
Lịch sử
nhỏ|Trực quan hóa hiệu ứng đường hầm
Sinh học lượng tử là một lĩnh vực mới nổi, vì hầu hết các nghiên cứu hiện nay đều mang tính lí thuyết và có nhiều câu hỏi cần thực nghiệm thêm. Mặc dù lĩnh vực này hiện chỉ mới nhận được nhiều sự chú ý gần đây, nhưng khái niệm về nó đã được đặt ra bởi các nhà vật lý trong suốt thế kỷ XX. Có ý kiến cho rằng sinh học lượng tử có thể đóng một vai trò tối quan trọng trong y học tương lai. Những người tiên phong của vật lý lượng tử đã nhìn thấy những ứng dụng của cơ học lượng tử trong các vấn đề sinh học. Cuốn sách What Is Life? (1944) của Erwin Schrödinger thảo luận về các ứng dụng của cơ học lượng tử trong sinh học. Schrödinger đề xuất ý tưởng về một "tinh thể không tuần hoàn" chứa thông tin di truyền bên trong cấu hình của các liên kết cộng hóa trị. Ông còn đề xuất thêm ý tưởng các đột biến được tạo ra bởi "các bước nhảy lượng tử". Các nhà tiên phong khác Niels Bohr, Pascual Jordan, và Max Delbrück lập luận ý tưởng lượng tử về tính tổng thể là cơ sở của khoa học sự sống. Năm 1963, Per-Olov Löwdin đã đưa ra ý tưởng xuyên hầm lượng tử proton như một cơ chế khác gây đột biến ADN. Trong bài đăng, ông tuyên bố đây là một lĩnh vực nghiên cứu mới mang tên "sinh học lượng tử". Năm 1979, nhà vật lý Soviet người Ukraina Alexander Davydov xuất bản cuốn sách đầu tiên về sinh học lượng tử với tiêu đề Биология и Квантовая Механика (Sinh học và cơ học lượng tử).
Ứng dụng
Quang hợp
thế=|nhỏ|Sơ đồ phức hợp FMO. Ánh sáng kích thích các electron trong anten. Sự kích thích sau đó chuyển qua các protein khác nhau trong phức hợp FMO đến trung tâm phản ứng để tiếp tục quang hợp.
Các sinh vật quang hợp bằng cách hấp thụ năng lượng ánh sáng thông qua quá trình kích thích điện tử diễn ra trong các antenna. Các antenna khác nhau tùy theo dạng sinh vật. Ví dụ, vi khuẩn sử dụng antenna có dạng vòng, trong khi đó thực vật sử dụng sắc tố diệp lục để hấp thụ photon. Quang hợp hình thành các exciton Frenkel, giúp phân tách điện tích mà tế bào chuyển đổi thành năng lượng hóa học có thể sử dụng được. Năng lượng được tạo ra ở các vị trí phản ứng cần phải được chuyển đi nhanh chóng trước khi thất thoát do phát huỳnh quang hoặc dao động nhiệt.
Các cấu trúc khác nhau, như phức hợp FMO ở vi khuẩn lưu huỳnh màu lục, có vai trò chuyển năng lượng từ các antenna tới vị trí phản ứng. Quang phổ điện tử FT nghiên cứu cho thấy mức độ chuyển đổi và hấp thụ electron có hiệu quả trên 99%, điều này không thể được giải thích bằng các mô hình cơ học cổ điển tương tự như mô hình khuếch tán. Thay vào đó, ngay từ năm 1938, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết chính tính gắn kết lượng tử (quantum coherence) mới là cơ chế cho sự chuyển dịch năng lượng kích thích.
Các nhà khoa học gần đây đã tìm kiếm bằng chứng thực nghiệm cho cơ chế vận chuyển năng lượng bằng tính gắn kết lượng tử. Một nghiên cứu được công bố năm 2007 tuyên bố đã xác định được tính gắn kết lượng tử điện tử ở nhiệt độ -196 °C (77 K). Một nghiên cứu lí thuyết khác vào năm 2010 cung cấp bằng chứng cho thấy tính gắn kết lượng tử tồn tại lâu tới 300 femto giây ở nhiệt độ phù hợp cho dạng sống (4 °C hoặc 277 K). Trong cùng năm đó, các thí nghiệm đã được tiến hành trên tảo cryptophyte quang hợp sử dụng quang phổ phản hồi photon hai chiều thu được bằng chứng xác nhận thêm cho sự gắn kết lượng tử về mặt dài hạn. Những nghiên cứu này cho thấy thông qua quá trình tiến hóa, tự nhiên đã phát triển cách thức để bảo vệ tính gắn kết lượng tử nhằm tăng cường hiệu quả của quá trình quang hợp. Tuy nhiên, các nghiên cứu tiếp theo đặt câu hỏi về cách diễn giải của những kết quả này. Quang phổ phân tử đơn giờ đây cho thấy các đặc điểm lượng tử của quá trình quang hợp mà không có sự can thiệp của rối loạn tĩnh, và một vài nghiên cứu sử dụng phương thức này để gán các dấu hiệu được báo cáo về tính gắn kết lượng tử cho các quá trình động học hạt nhân diễn ra bên trong các chromophore. Một số lượng các đề xuất được đưa ra để giải thích cho tính gắn kết tồn tại lâu bất thường. Theo đó, một đề xuất cho rằng, nếu mỗi vị trí bên trong phức hợp cảm nhận được sự nhiễu động môi trường của chính nó, electron sẽ không duy trì ở mức tối thiểu cục bộ nào do cả tình gắn kết lượng tử và môi trường nhiệt mà sẽ tiến tới vị trí phản ứng thông qua các bước đi lượng tử.
👁️
2 | 🔗 | 💖 | ✨ | 🌍 | ⌚
**Sinh học lượng tử** là ngành ứng dụng cơ học lượng tử và hóa học lý thuyết vào các khía cạnh của sinh học không thể được diễn giải một cách chính xác bằng các
thumb|upright=1.3|Các [[hàm sóng của electron trong một nguyên tử hydro tại các mức năng lượng khác nhau. Cơ học lượng tử không dự đoán chính xác vị trí của một hạt trong không gian, nó
Trong vật lý hạt, **điện động lực học lượng tử** (**QED**) là lý thuyết trường lượng tử tương đối tính của điện động lực học. Về cơ bản, nó miêu tả cách ánh sáng và
Trong vật lý lý thuyết, **Lý thuyết trường lượng tử** (tiếng Anh: **quantum field theory**, thường viết tắt QFT) là một khuôn khổ lý thuyết để xây dựng các mô hình cơ học lượng tử
nhỏ| [[Hemoglobin|Hêmôglôbin (Hb) ở hồng cầu là một prôtêin bậc IV có chức năng vận chuyển oxy. Mỗi Hb do 4 chuỗi pôlipeptit họp thành, gồm 2 chuỗi anpha và 2 chuỗi bêta với nhân
Trong vật lý, **lượng tử hóa** là quá trình chuyển đổi từ một quan niệm cổ điển của hiện tượng vật lý sang một quan niệm mới hơn được biết đến trong cơ học lượng
**Tin sinh học** (_bioinformatics_) là một lĩnh vực khoa học sử dụng các công nghệ của các ngành toán học ứng dụng, tin học, thống kê, khoa học máy tính, trí tuệ nhân tạo, hóa
thumb|right|348x348px|Bìa của bài thơ có chủ đề tiến hóa của [[Erasmus Darwin, _Temple of Nature_ cho thấy một nữ thần vén bức màn bí ẩn của thiên nhiên (bên trong là Artemis). Tượng trưng và
**Năng lượng sinh học kết hợp thu nạp và lưu trữ carbon** (BECCS – Bio-energy with carbon capture and storage) là quá trình khai thác năng lượng sinh học từ sinh khối và đồng thời
phải|Cấu trúc của [[insulin.]] liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp tin:Insulincrystals.jpg|nhỏ|Tinh thể [[insulin]] **Công nghệ sinh học** là một lĩnh vực sinh học rộng lớn, liên quan đến việc sử dụng các hệ thống sống và sinh vật để phát
thumb|upright=1.20|[[Axit nucleic có thể không phải là dạng phân tử duy nhất trong vũ trụ có khả năng mã hóa các quá trình sống.]] **Sinh học vũ trụ** là lĩnh vực nghiên cứu về nguồn
**Sinh học đất** là các hoạt động của vi sinh vật và hệ động vật và sinh thái học trong đất. Sự sống trong đất, sinh vật đất, động vật trong đất, hoặc edaphon là
nhỏ|Hệ thống vi khuẩn E.Coli **Sinh học hệ thống** là một lĩnh vực nghiên cứu sinh học khá mới mẻ tập trung vào việc nghiên cứu một cách có hệ thống các tương tác phức
thumb|Một số đặc điểm của đồng hồ sinh học con người (24 giờ) **Nhịp điệu sinh học hằng ngày** () là bất kỳ quy trình sinh học nào hiển thị một dao động nội sinh,
thế=|nhỏ|Hình 1: Một phụ nữ được chẩn đoán là bị trầm cảm. Ảnh của H. W. Diamond in trên báo năm 1892. **Trầm cảm** là một bệnh rối loạn tinh thần ở người. Trước đây,
**Lý sinh học** (hay _vật lý sinh học_) là môn khoa học liên ngành, ứng dụng lý thuyết và phương pháp của khoa học vật lý vào các vấn đề sinh học. Lý sinh học
**In 3D sinh học** là phương pháp sử dụng in 3D và kỹ thuật giống như in 3D kết hợp các tế bào, yếu tố sinh trưởng và vật liệu sinh học để chế tạo
nhỏ| [[Boris Karloff trong bộ phim _Frankenstein_ năm 1931 của James Whale, dựa trên cuốn tiểu thuyết năm 1818 của Mary Shelley. Con quái vật được tạo ra bởi một thí nghiệm sinh học không
[[Dạng sống được biết đến sớm nhất|Các dạng sống được biết đến sớm nhất là các vi sinh vật giả định hóa thạch, tìm thấy trong các kết tủa thủy nhiệt, có thể đã tồn
nhỏ|380x380px|Các tính năng cần thiết của phòng thí nghiệm [[an toàn sinh học cấp 4 (BSL-4)]] **Cấp độ an toàn sinh học** (tiếng Anh viết tắt là **BSL**) hoặc **cấp độ bảo vệ/mầm bệnh** là
**Richard Henderson** (sinh ngày 19 tháng 7 năm 1945) là nhà sinh học phân tử và nhà sinh lý học người Scotland và là người tiên phong trong lĩnh vực hiển vi điện tử của
**Điện toán lượng tử** là một trong các phương pháp xử lý thông tin tiến bộ trong tương lai. Theo đó người ta sẽ sử dụng những nguyên lý của cơ học lượng tử để
**Tiền lượng tử** là ý tưởng về một loại tiền không thể làm giả, bằng cách ứng dụng vật lý lượng tử do Stephen Wiesner, một nghiên cứu sinh trường Đại học Columbia đưa ra
Trong vật lý lượng tử, **thăng giáng lượng tử** hay **biến thiên lượng tử**, hay **dao động lượng tử** hay **biến thiên chân không lượng tử** hay **biến thiên chân không**, là một sự thay
**Diesel sinh học** là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động
thumb|Đã có nhiều cố gắng trong việc bảo tồn các yếu tố tự nhiên đồng thời có thể duy trì việc cho du khách tham quan tại [[Hopetoun|thác Hopetoun, Úc.]] **Sinh học bảo tồn** (_Conservation
nhỏ|Phải|Một con hươu bị [[bạch tạng và trở thành hươu trắng do đột biến]] **Đột biến sinh học** là những biến đổi bất thường trong vật chất di truyền ở cấp độ phân tử (DNA,
**Hóa sinh** ( hay ) là phân ngành nghiên cứu các quá trình hóa học bên trong và liên quan tới sinh vật sống. Là một phân ngành của cả hóa học và sinh học,
thumb|right|Một mẫu [[nấm thu thập được vào mùa hè năm 2008 tại các khu rừng hỗn hợp nằm ở miền Bắc Saskatchewan, gần thị trấn LaRonge, Canada. Đây là ví dụ chứng minh tính đa
nhỏ|250x250px| Nấm mốc màu vàng phát triển trên một thùng giấy ướt **Phân hủy sinh học** là sự phân hủy chất hữu cơ của các vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn, nấm. ##
nhỏ|Bảng sơ đồ tương tác sinh học cộng sinh giữa các vi sinh vật với những loài sinh vật khác **Tương tác sinh học** là những tác động, quan hệ khi tiếp xúc nhau giữa
thumb|Loài [[Vẹt yến phụng có được màu vàng là từ sắc tố Psittacofulvin, còn màu xanh lục là từ sự kết hợp của cùng loại sắc tố vàng như trên với màu cấu trúc xanh
**Mất đa dạng sinh học** là sự tuyệt chủng của các loài (thực vật hoặc động vật) trên toàn thế giới, và cũng là sự suy giảm hoặc biến mất của loài tại địa phương
phải|nhỏ| Ví dụ về sự đa dạng sinh học đa bào của Trái Đất. **Đa dạng sinh học toàn cầu** là thước đo đa dạng sinh học trên hành tinh Trái Đất và được định
Các hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới trên toàn Trái Đất họp thành "_khu sinh học rừng mưa nhiệt đới_". **Biôm** hay **khu sinh học** là thuật ngữ dịch từ tiếng Anh **"biome"** (phiên
nhỏ|phải|Một trạm xăng sinh học ở Brazil **Nhiên liệu sinh học** (Tiếng Anh: _Biofuels_, tiếng Pháp: _biocarburant_) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh
**Xăng sinh học** là loại xăng được sản xuất từ sinh khối ví dụ như tảo. Giống như loại xăng được sản xuất truyền thống, nó chứa từ 6 (hexane) đến 12 (dodecane) nguyên tử
nhỏ|phải|[[S-Adenosylmethionin, một nguồn cung cấp các nhóm methyl trong nhiều hợp chất arsenic nguồn gốc sinh vật.]] **Hóa sinh học arsenic** là thuật ngữ để nói tới các quá trình hóa sinh học có sử
nhỏ|Hình 1: Ví dụ về lô-cut tính trạng số lượng trên nhiễm sắc thể số 20 của người gây loãng xương. **Lô-cut tính trạng số lượng** là một hoặc nhiều lô-cut gen quy định kiểu
phải|nhỏ|380x380px| Hệ thực vật núi cao tại Đèo Logan, [[Vườn quốc gia Glacier (Hoa Kỳ)|Vườn quốc gia Glacier, ở Montana, Hoa Kỳ: Thực vật núi cao là một nhóm được cho là rất dễ bị
**Năng lượng sinh học** (bioenergetics) là một lĩnh vực trong sinh hóa và sinh học tế bào liên quan đến dòng năng lượng thông qua các hệ thống sống. Đây là một lĩnh vực hoạt
thumb|right|Hình minh họa một liposome hình thành từ [[phospholipid trong dung dịch nước.]] Trong sinh học tế bào, **túi** (hay **bóng**, **bọng**, **nang**, **thất**; tiếng Anh: _vesicle_) là một cấu trúc nhỏ trong tế bào,
Trong sinh học, **lai giống** (hybrid) là sự kết hợp các phẩm chất của hai sinh vật thuộc hai giống, hoặc loài, chi thực vật hoặc động vật khác nhau, thông qua sinh sản hữu
**Chất thải phân hủy sinh học** bao gồm bất kỳ chất hữu cơ nào trong chất thải có thể được phân hủy thành carbon dioxide, nước, metan hoặc các phân tử hữu cơ đơn giản
nhỏ|242x242px|Con [[đom đóm, _Photinus pyralis,_ đang bay và phát sáng]] **Phát quang sinh học** là sự tạo và phát xạ ánh sáng bởi một sinh vật sống. Đây là một dạng ánh sáng hóa học.
**Công ước Vũ khí Sinh học (BWC)** hoặc **Công ước Vũ khí Sinh học và Độc tố (BTWC)** là một hiệp ước giải trừ quân bị về vũ khí sinh học và độc tố bằng
**Quy luật sinh học** (tiếng Anh: _biological rule_), **định luật sinh học** hay **quy tắc sinh học** là một định luật, nguyên tắc tổng quát hoặc có tính định hướng (nguyên tắc ngón tay cái)
nhỏ|Hình 1: Một đàn voi hoang dã là hình ảnh của một quần thể. nhỏ|Hình 2: Các đặc điểm chính của một quần thể sinh vật. Trong sinh học, một **quần thể** là tập hợp
Trong sinh học tiến hóa, **chức năng** là nguyên nhân một vài đối tượng hoặc quá trình xảy ra ở một hệ thống tiến hóa thông qua chọn lọc tự nhiên. Nguyên nhân ấy thường
**Rối loạn giấc ngủ nhịp sinh học** (CRSD) theo (), một rối loạn về giấc ngủ, ảnh hưởng (trong số các quá trình khác của cơ thể) thời gian ngủ. Những người bị rối loạn