El extraño efecto de túnel cuántico puede explicar las mutaciones espontáneas del ADN

Las mutaciones del ADN pueden ser causadas por un mecanismo cuantitativo extraño pero bien conocido llamado cavando túneles. Esto desafía la idea de que el comportamiento cuántico no ocurre en las células vivas y podría afectar significativamente nuestra comprensión de las mutaciones genéticas.

El ADN guarda los secretos de la vida en la Tierra. Su estructura única permite que los mensajes químicos se almacenen, codifiquen y conviertan en información y materiales biológicos. Estas instrucciones genéticas permiten que los organismos se reproduzcan, reparen y transmitan información genética de una generación a la siguiente, y para hacer esto, es necesario reproducir el ADN.

Durante millones de años, la clonación de ADN ha evolucionado para ser muy eficiente y rara vez comete errores porque existen ciertos mecanismos de «verificación» y «reparación» para evitar mutaciones potencialmente dañinas. Esto no significa que la replicación del ADN sea inmune a los errores; se producen algunas mutaciones espontáneas. Nuestra comprensión del mecanismo detrás de tales mutaciones ha sido un poco más difícil de alcanzar.

Redacción de reportajes para la revista. Naturaleza Comunicación FísicaFísicos y químicos de la Universidad de Surrey dicen que han descubierto un posible mecanismo.

«Watson y Crick han especulado sobre la existencia y la importancia de los efectos de la mecánica cuántica en el ADN hace más de 50 años, sin embargo, el mecanismo se ha pasado por alto en gran medida», dice el profesor Jim Al-Khalili. declaración.

El ADN tiene una estructura de doble hélice: dos hebras de código genético que contienen cuatro bases químicas, timina (T), adenina (A), guanina (G) y citosina (C). Estas bases químicas tienen formas muy específicas en las que interactúan y se unen entre sí: T siempre está unida a A, mientras que G siempre está unida a C.

Ejemplo de acoplamiento de bases de ADN. Haber de imagen: Soleil Nordic/Shutterstock.com

Hay dos tipos de enlaces que mantienen unida la hélice del ADN: interacciones covalentes y enlaces de hidrógeno entre pares de bases. Cuando se produce una perturbación entre estos enlaces, puede interrumpir el apareamiento de pares de bases y provocar un apareamiento de bases falso, lo que provoca un desajuste y una posible mutación.

En el nuevo estudio, los investigadores descubrieron que algunos desajustes y modificaciones en el ADN pueden deberse a un efecto cuántico conocido como tunelización, en el que ciertas partículas, como los protones, pueden saltar una barrera de energía para llegar a una región «prohibida» donde un protón no puede. ser encontrado naturalmente.

Anteriormente se asumió que el comportamiento cuantitativo puede no ser posible en las células vivas debido al ambiente cálido.

Los biólogos normalmente esperan que los túneles desempeñen un papel importante solo a bajas temperaturas y en sistemas relativamente simples. Por lo tanto, tendieron a excluir los efectos cuantitativos en el ADN. A través de nuestro estudio, creemos que hemos demostrado que estas suposiciones no se cumplen”, dice el Dr. Marco Sacchi.

Usando complejos sistemas de modelado por computadora, el equipo descubrió que los protones en los átomos en pares de bases de ADN pueden aprovechar el mecanismo de túnel para cruzar muy rápidamente a diferentes regiones, a veces a la base de ADN opuesta, donde saltan de un lado a otro entre los enlaces de hidrógeno. Cuando estos protones hacen esto, a veces pueden atascarse en el lado equivocado de la base cuando la hélice del ADN comienza a desvanecerse antes de que comience la replicación.

«Los protones en el ADN pueden hacer túneles a lo largo de los enlaces de hidrógeno en el ADN y modificar las bases que codifican la información genética. Las bases modificadas se llaman «tautómeros» y pueden sobrevivir a los procesos de división y replicación del ADN, causando «errores en la transcripción». «O se producen mutaciones», confirma el Dr. Louis Slocombe, quien hizo estos cálculos durante su Ph.D.

Estos resultados sugieren que la tunelización cuántica juega un papel importante en la mutagénesis del ADN y puede cambiar nuestra comprensión y tener consecuencias de gran alcance para los modelos genéticos de mutagénesis en el futuro.