publicado n/a Universidad de Surrey
Las moléculas de la vida, o ADN, se replican con una precisión impresionante, pero este proceso no está a prueba de errores y puede provocar mutaciones. Mediante un sofisticado modelo informático, un equipo de físicos y químicos de la Universidad de Surrey, Reino Unido, ha demostrado que estos errores de replicación pueden surgir debido a la rareza del mundo cuántico.
Las dos fita de la famosa doble hélice del ADN están unidas por partículas subatómicas llamadas protones, los núcleos de dos átomos de hidrógeno, que proporcionan un pegamento que une moléculas llamadas bases. Estos llamados enlaces de hidrógeno son como los gradientes de un pastel de escala que forma la estructura de doble hélice descubierta en 1952 por James Watson y Francis Crick en base a un trabajo no realizado por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins.
Normalmente, estas bases de ADN (llamadas A, C, T y G) siguen reglas rígidas sobre cómo se unen: A siempre se une a T y C siempre se une a G. Esta estricta formación de pares está determinada por la forma de las moléculas, entrelazadas -Como peças em un um crack-cabeça, pero la naturaleza de las ligaduras de hidrógeno cambia ligeramente, también puede causar que se rompa la regla de formación de pares, lo que lleva a la ligadura de malas bases y, en consecuencia, a una mutación. Ya predicho por Crick y Watson, solo un modelo informático sofisticado podría cuantificar con precisión el proceso.
Como equipo, parte del programa de investigación de Surrey que involucra el nuevo campo de la biología cuántica, ha demostrado que esta modificación de los vínculos entre las fitas del ADN está mucho más extendida de lo que se pensaba anteriormente. Los protones pueden saltar fácilmente desde su ubicación habitual de un lado de una barrera de energía al otro lado. Si esto sucediera poco antes de que las dos fitas se descomprimieran en el primer paso del proceso de replicación, podría ocurrir un error en la maquinaria de replicación de la célula, lo que daría lugar a lo que se denomina incompatibilidad del ADN y, potencialmente, a una mutación.
En un estudio publicado en una revista Física de las comunicaciones, un equipo de Surrey con sede en el Centro de Capacitación Educativa en Biología Cuántica Leverhulme utilizó un enfoque llamado sistemas cuánticos abiertos para determinar los mecanismos físicos que pueden hacer que los protones salten entre las hebras de ADN. Más, o más intrigante, es a través de un mecanismo cuántico conocido, bastante mágico, llamado túnel, que se asemeja a un fantasma caminando a través de una pared sólida, que logran atravesar.
Anteriormente, se pensaba que tal comportamiento cuántico no podía ocurrir en el entorno cálido, húmedo y complejo de una célula viva. No entanto, o lo sugirió el físico austriaco Erwin Schrödinger en su libro de 1944 «¿O qué es la vida?que la mecánica cuántica puede desempeñar un papel en los sistemas vivos, una vez que se comporten de manera bastante diferente a la materia inanimada. Este último trabajo parece confirmar la teoría de Schrödinger.
En su estudio, los autores determinaron que el entorno celular local es como protones, que se comportan como oleadas, se activan térmicamente y se estimulan a través de la barrera de energía. En efecto, los protones se encuentran continuamente y muy rápidamente por efecto túnel entre las dos fita. Por lo tanto, cuando el ADN se escinde en su fita separada, se capturan aproximadamente dos protones del lado equivocado, lo que genera un error.
“Los protones que no son de ADN pueden hacer túneles a lo largo de los enlaces de hidrógeno que no son de ADN y alterar las bases que codifican la información genética. Las bases modificadas se denominan ‘tautómeros’ y pueden sobrevivir a los procesos de división y replicación del ADN, lo que provoca ‘errores de transcripción’ o mutaciones”, dijo Louie Slocombe, quien realizó estos cálculos durante su doctorado.
El trabajo de Slocombe en el Surrey Leverhulme Centre for Educational Training in Quantum Biology fue supervisado por Jim Al-Khalili (Física, Surrey) y Marco Sacchi (Química, Surrey).
«Watson y Crick han especulado sobre la existencia y la importancia de dos efectos mecánicos cuánticos distintos del ADN durante más de 50 años, sin embargo, el mecanismo ha sido ignorado en gran medida», dice Al-Khalili.
“Los biólogos normalmente esperarían que los túneles desempeñen un papel importante solo a bajas temperaturas y en sistemas relativamente simples. Por lo tanto, tendieron a ignorar los efectos cuánticos no relacionados con el ADN. Con nuestro estudio, creemos que hemos probado que estas suposiciones no están fundamentadas”, agregó Sacchi.