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Un nuevo estudio finalmente podría explicar por qué nuestras células dependen del ADN, y no de su pariente molecular ARN, para almacenar y transmitir datos genéticos. Los hallazgos muestran que el ARN se rompe cuando intenta incorporar cambios como daño químico a la molécula, mientras que el ADN puede torcerse y doblar su forma para permitir cambios.

Imagen vía pixabay

Lo más importante para cualquier ser vivo en la Tierra es transmitir sus genes a la descendencia. La vida en todas partes se alimenta, lucha y huye con la esperanza de que eventualmente pueda generar más vida a su imagen. Pero todo ese esfuerzo sería en vano si la información genética no pudiera almacenarse de forma segura para cuando se necesite. Dos moléculas son las encargadas de transportar esta información, el ARN, que es una molécula monocatenaria más sencilla, y el ADN, que es una molécula bicatenaria más compleja.

Pero hasta ahora nadie sabía realmente por qué la mayoría de las células prefieren el ADN para almacenar estos datos genéticos sobre el ARN. Pero un nuevo estudio dirigido por Hashim Al-Hashimi de la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke podría haber encontrado la respuesta: el ADN puede adaptarse al daño en su estructura, lo que provocaría la descomposición del ARN.

Para algo tan fundamental como la doble hélice, es sorprendente que estemos descubriendo estas propiedades básicas tan tarde en el juego, dijo el investigador principal.

Necesitamos continuar acercándonos para obtener una comprensión más profunda sobre estas moléculas básicas de la vida.

Probablemente estés familiarizado con el modelo de doble hélice del ADN. Cuando lo propusieron por primera vez en 1953, Watson y Crick predijeron cómo se unen los pares de bases (A&T, C&G) para formar el todo. Dos hebras de ADN se alinean y enlazan uniendo estos pares, y terminan pareciéndose a una escalera con los enlaces como peldaños.

Entonces estos enlaces se llamaron pares de bases de Watson-Crick. Pero los investigadores lucharon por encontrar evidencia de que los pares se unían de la forma en que predijeron Watson y Crick. Luego, en 1959, el bioquímico Karst Hoogsteen tomó una fotografía de un par de bases AT y encontró una geometría más sesgada de lo esperado, con una base girada 180 grados con respecto a la otra y estos se llamaron pares de Hoogsteen. En tiempos más recientes, los investigadores han observado pares de bases tanto de Watson-Crick como de Hoogsteen en imágenes de ADN.

Al-Hashimi y su equipo se toparon con algo hace cinco años que nadie había observado antes: pares de ADN que van y vienen entre los enlaces Watson-Crick y Hoogsteen. Descubrieron que el ADN emplea enlaces Hoogsteen cuando hay un enlace de proteína a un sitio de ADN o las bases sufrieron daño químico. Una vez que se repara el daño o se libera la proteína, el ADN vuelve a los enlaces Watson-Crick. El descubrimiento fue grande en sí mismo, pero ahora el equipo ha demostrado que el ARN no tiene la capacidad. Esto podría explicar por qué el ADN forma el modelo que puede absorber los cambios químicos y reparar el daño, el ARN se vuelve demasiado rígido y se deshace.

En el ADN, esta modificación es una forma de daño, y puede absorberse fácilmente invirtiendo la base y formando un par de bases de Hoogsteen. Por el contrario, la misma modificación interrumpe severamente la estructura de doble hélice del ARN, dijo uno del equipo, Huiqing Zhou.

Es probable que el hallazgo reescriba la cobertura de los libros de texto sobre la diferencia entre los dos proveedores de información genética, el ADN y el ARN, según un comunicado de prensa de la Universidad de Duke.

El ADN (izquierda) puede formar enlaces Hoogsteen para incorporar pares de bases dañados, mientras que el ARN (derecha) se deshace en el mismo caso.
Créditos de la imagen Huiqing Zhou.

El equipo descubrió esto usando moléculas de ARN y ADN para crear dobles hélices, luego observó cómo sus pares de bases forman enlaces usando técnicas de imagen avanzadas. En cualquier momento, alrededor del 1 por ciento de las bases de ADN se estaban desplazando a pares de Hoogsteen, encontraron. Sin embargo, las hebras de ARN no hicieron lo mismo.

Probaron las dobles hélices de ARN en una serie de condiciones, pero no pudieron determinar si formaban pares de Hoogsteen de forma natural. Cuando obligaron a las moléculas a formar tales pares, las hebras de ARN se desmoronaron por completo. Esto sucede porque las dobles hélices del ARN están más apretadas que el ADN y no pueden cambiar de dirección sin golpear algo o mover los átomos, lo que hace que la estructura sea críticamente inestable.

Hay una complejidad asombrosa incorporada en estas estructuras simples y hermosas, capas o dimensiones completamente nuevas a las que hemos estado cegados porque no teníamos las herramientas para verlas, hasta ahora, dijo Al-Hashimi.

Se necesita más investigación para determinar si la flexibilidad del ADN en comparación con el ARN es lo que lo llevó a convertirse en la molécula de referencia para almacenar datos genéticos, pero si se confirma, podría ayudarnos a comprender por qué la vida en la Tierra evolucionó hasta convertirse en lo que vemos hoy.

El artículo completo, Los científicos acaban de descubrir una gran diferencia entre el ADN y el ARN, se ha publicado en la revista Nature Structural & Molecular Biology .

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