Efeitos quânticos ajudam a tornar o DNA instável

Os efeitos quânticos desempenham um papel até então inesperado na criação de instabilidades no DNA – a chamada “molécula da vida” que fornece instruções para os processos celulares em todos os organismos vivos. Esta conclusão, baseada no trabalho de pesquisadores da Universidade de Surrey, no Reino Unido, vai contra crenças de longa data de que o comportamento quântico não é relevante no ambiente úmido e quente das células e pode ter consequências de longo alcance para modelos de mutação genética .

As duas fitas da famosa dupla hélice do DNA estão ligadas por ligações que se formam entre átomos de hidrogênio (prótons) nas quatro bases – guanina (G), citosina (C), adenina (A) e timina (T) – que compõem cada uma delas. fio. Normalmente, A sempre se liga a T e C sempre se liga a G. No entanto, se a forma da superfície de ligação entre as fitas mudar ligeiramente, as bases erradas podem se ligar, formando a chamada forma tautomérica de DNA que pode levar a mutações genéticas estáveis ​​ou mesmo câncer.

Esse efeito foi previsto em 1952, quando James Watson e Francis Crick basearam-se no trabalho de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins para descobrir a estrutura helicoidal do DNA. No entanto, só agora esse processo de modificação da ligação do DNA foi quantificado com precisão e seu elemento quântico entendido.

Transferência de prótons ao longo das ligações de hidrogênio do DNA

Em seu trabalho, Louie Slocombe, Marco Sacchi, Jim Al Khalili e colegas usaram modelos de computador sofisticados para mostrar que a modificação da ligação do DNA decorre da capacidade dos prótons de transferir ao longo das ligações de hidrogênio que se formam entre as bases GC. À medida que os prótons saltam de um lado da fita de DNA para o outro, ocorre uma incompatibilidade se um desses saltos ocorrer pouco antes da fita de DNA se dividir, ou “descompactar”, como parte do processo pelo qual ela passa para se copiar.

Para definir o que faz os prótons saltarem ao longo das fitas de DNA, os pesquisadores usaram uma abordagem de sistemas quânticos abertos. Eles descobriram que, em vez de pular ao longo dos fios, os prótons estão de fato fazendo um túnel quântico através deles. Eles também descobriram que a taxa de tunelamento é tão rápida que o sistema atinge rapidamente o equilíbrio térmico, o que significa que a população de tautômeros permanece constante ao longo das escalas de tempo biológicas.

Os efeitos quânticos importam

Até agora, pensava-se que qualquer comportamento quântico desse tipo deveria desaparecer rapidamente nas condições barulhentas que prevalecem dentro das células e, portanto, não desempenharia nenhum papel fisiológico. No entanto, Slocombe explica que o sistema de DNA é tão sensível ao arranjo das ligações de hidrogênio que os efeitos quânticos são importantes. De fato, mesmo o pequeno rearranjo de alguns átomos de hidrogênio pode afetar a forma como o DNA se replica em escala macroscópica.

“O tema é empolgante de estudar, pois envolve a combinação de técnicas e ideias de diferentes campos da ciência”, diz Slocombe Mundo da física. “Normalmente, eles não são congruentes e exigimos que sejam para modelar o sistema com precisão. Exigimos conhecimento de química e física para modelar os sistemas e, além disso, precisamos saber sobre biologia, como o DNA se replica e as implicações para quando ele não combina”.

Os pesquisadores, que relatam seu trabalho em Natureza das Comunicações, expressam a esperança de que seu estudo “seja o primeiro de muitos” sobre este tema. “O que mais nos interessa”, acrescenta Slocombe, “é o que acontece no momento exato da clivagem do DNA e como a escala de tempo dessa interação interage com a rápida escala de tempo da transferência de hidrogênio”.

Outras questões incluem se o uso de bases ATGC em vez de formas alternativas de DNA confere algum benefício evolutivo, uma vez que as primeiras são relativamente instáveis. Outra é se essa instabilidade leva à mutação, conduzindo assim o processo de evolução. “Seria interessante entender se existem vias de reparo de DNA especificamente projetadas para detectar esses tipos de erros”, conclui Slocombe.

O posto Efeitos quânticos ajudam a tornar o DNA instável apareceu pela primeira vez em Mundo da física.

• Coinsmart. A melhor troca de Bitcoin e criptografia da Europa.
• Platoblockchain. Inteligência Metaverso Web3. Conhecimento Ampliado. ACESSO LIVRE.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Teste grátis.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-help-make-dna-unstable/