Kuantum biyolojisi
Uygulamalar > Enzimatik aktivite (kuantum biyokimyası) > Mitokondri

Mitokondri gibi organellerin hücre içi enerjiyi dönüştürmek için kuantum tünellemeyi kullandığı düşünülmektedir. Geleneksel olarak, mitokondrinin hücre enerjisinin çoğunu kimyasal ATP formunda ürettiği bilinmektedir. Biyokütlenin kimyasal ATP'ye mitokondrisel dönüşümü, klasik insan yapımı motor sisteminden daha üstündür ve %60-70 seviyesinde verimlidir. Kimyasal ATP elde etmek için kimyasal dönüşümden önce bir ön aşamanın gerekli olduğunu bulunmuştur; elektronların ve hidrojen iyonlarının (H+) kuantum tünellemesi yoluyla gerçekleşen bu adım, organel içinde meydana gelen kuantum fiziğine daha derin bir bakış gerektirir.
Tünelleme bir kuantum mekanizması olduğundan, biyolojik bir sistemde partikül transferi için bu sürecin nasıl meydana gelebileceğini anlamak önemlidir. Tünelleme, büyük ölçüde potansiyel bariyerin şekli ve boyutuna  bağlıdır. Gelen parçacık bir dalga denklemi ile tanımlanabildiğinden, tünelleme olasılığı potansiyel bariyerin şekline üstel bir şekilde bağlıdır, yani eğer bariyer çok geniş bir yarığa benziyorsa, gelen parçacığın tünelleme olasılığı azalacaktır. Potansiyel bariyer, bir anlamda, gerçek bir biyomateryal bariyer şeklinde var olabilir. Mitokondri, ~75 Å (~7.5 nm) kalınlıkta, hücresel zara benzer bir zar yapısı ile çevrilidir. Sinyallerin (elektronlar, protonlar, H+ formunda) geliş bölgesinden (mitokondrinin içi) ve kabul bölgesinden (elektron taşıma zinciri proteinleri gibi) aktarılmasına olanak sağlamak için mitokondrinin iç zarı aşılmalıdır. Parçacıkları transfer etmek adına mitokondri zarı, söz konusu parçacığı çeken ilgili bir yük dağılımını oluşturmak için doğru fosfolipid yoğunluğuna sahip olmalıdır. Örneğin, daha yüksek bir fosfolipid yoğunluğu için, zar daha büyük bir proton iletkenliği oluşturmaya çabalar.
Daha teknik bir açıklama aşağıdaki paragrafta sunulmuştur. Mitokondri yapısı, tümü çeşitli protein bölgelerini barındıran iç mitokondriyal zar (İMZ) ve iç zar boşlukları (İZB) ile matrisi içerir. Mitokondri, karbonhidratlardan ve yağlardan hidrojen iyonlarının oksidasyonu ile ATP üretir. Bu işlem, elektron taşıma sistemindeki (ETS) elektronları kullanır. Elektron taşınmasının soykütüğü şu şekilde ilerler: NADH'den gelen elektronlar, İMZ'de bulunan NADH dehidrojenazına (kompleks I proteini) aktarılır. Kompleks I'den gelen elektronlar, CoQH2'yi oluşturmak adına koenzim Q'ya aktarılır; daha sonra elektronlar sitokrom içeren bir İMZ proteini olan kompleks III'e aktarılır, bunu takiben elektronlar sitokrom c'ye aktarılır, buradan ise elektronlar kompleks IV'e ilerler; kompleks IV, ETS solunum zincirinin son İMZ protein kompleksidir. Bu son protein, elektronların oksijeni O2 molekülünden tek bir O'ya indirgemesine olanak verir, böylece tek oksijen iyonları hidrojen iyonlarına bağlanarak H2O üretebilirler. Elektronların ETS yoluyla hareketinden üretilen enerji, mitokondri matrisinden İZB'ye proton hareketini (H+ pompalaması olarak bilinir) tetikler. Herhangi bir yük hareketi bir manyetik alan oluşturduğundan, İZB artık matris boyunca bir kapasitans barındırır. Bu kapasitans, potansiyel bariyer olarak bilinen  potansiyel enerjiye benzer. Bu potansiyel enerji, protonları (H+) matrise geri iterek ATP oluşturmak için ADP'yi başka bir P ile birleştiren kompleks V (ATP sentaz) vasıtasıyla ATP sentezine rehberlik eder (bu süreç oksidatif fosforilasyon olarak bilinir). Son olarak, dış mitokondriyal zar (DMZ), VDAC adı verilen voltaja bağlı bir anyon kanalına ev sahipliği yapar. Bu kanal, ATP transferi için gereken enerji sinyallerini elektro-kimyasal çıkışlara dönüştürmek için önemlidir.