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Redescubriendo la química del ADN


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Investigadores del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona han encontrado una nueva forma de transporte de electrones a través del ADN en la que el electrón muestra algunas propiedades ondulatorias. Descubrimiento que tendrían importantes implicaciones en el diseño de una nueva generación de dispositivos electrónicos basados ​​en ADN funcional.

La transferencia de electrones está considerada a menudo como la forma más simple de reacción química, sin embargo juega un papel crítico en una amplia gama de procesos vitales, incluida la respiración y la fotosíntesis.

El transporte de carga también puede producir efectos negativos en los sistemas vivos, sobre todo a través del proceso de estrés oxidativo, que causa daños al ADN. Se cree que el daño oxidativo afecta al comienzo y progresión del cáncer. También está implicado en trastornos neurodegenerativos como el Alzheimer, la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Parkinson, y una gama de otras enfermedades humanas.

“Cuando el ADN se expone a la luz ultravioleta, existe la posibilidad de que una de las bases como la guanina se oxide, lo que significa que pierde un electrón”, dijo Nongjian Tao, responsable de la investigación.

En algunos casos, se repara el daño en el ADN con la migración de un electrón desde otra porción de la cadena para sustituir a la que falta. La reparación del ADN es un proceso incesante, constante, aunque una pérdida gradual de la eficiencia de reparación potencia el proceso de envejecimiento. La oxidación daña de forma aleatoria al ARN y el ADN, lo cual puede interferir con el metabolismo celular normal.

El daño por radiación es también un problema para los dispositivos semiconductores, un factor que debe tenerse en cuenta cuando la electrónica está expuesta a partículas de alta energía como los rayos X, como en las aplicaciones diseñadas para el espacio exterior.

Cuando se produce una oxidación en las bases de ADN, queda un hueco en el lugar del electrón. Este hueco lleva una carga positiva, que puede moverse a lo largo del ADN bajo la influencia de un campo eléctrico o magnético, tal como haría un electrón. El movimiento de estos huecos cargados positivamente a lo largo de un tramo de ADN es el foco del estudio actual.tao_cover

En distancias cortas, un electrón muestra las propiedades de una onda, que le permiten pasar directamente a través de una molécula de ADN. Este proceso es un efecto mecánico cuántico conocido como efecto túnel.

El transporte de carga en el ADN (y otras moléculas) a distancias más largas implica el proceso de salto. Cuando una carga salta de un punto a otro a lo largo del segmento de ADN, se comporta de forma clásica y pierde sus propiedades ondulatorias.

Se observa que la resistencia eléctrica aumenta exponencialmente durante el efecto túnel, y linealmente (más despacio) durante el salto.

Al conectar sendos electrodos a los dos extremos de una molécula de ADN, los investigadores fueron capaces de controlar el paso de la carga a través de la molécula, observando algo nuevo: “Lo que encontramos en este trabajo en particular es que hay un comportamiento intermedio”, dice Tao. “No es exactamente un salto porque el electrón sigue mostrando algunas propiedades de onda.”

En lugar de ello, los huecos observados en ciertas secuencias de ADN están deslocalizados, repartidos en varios pares de bases. El efecto no es un aumento exponencial ni lineal en la resistencia eléctrica, sino una oscilación periódica. El fenómeno ha demostrado ser altamente dependiente de la secuencia, y son pares de bases apilados de guanina-citosina los que provocan la oscilación observada.

Los experimentos de control, con bases de guanina alternadas, en lugar de secuenciadas, mostraron un aumento lineal en la resistencia, de acuerdo con el comportamiento de salto convencional. Observando que el ADN no es como un alambre en un dispositivo electrónico convencional, sino más bien una estructura muy dinámica, que se retuerce y fluctúa, refieren los investigadores.

Vía: Unocero

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