Las moléculas de ADN no solo codifican nuestras instrucciones genéticas. También pueden conducir electricidad y autoensamblarse en formas bien definidas, lo que los convierte en candidatos potenciales para construir dispositivos nanoelectrónicos de bajo costo.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad Estatal de Arizona ha demostrado cómo las secuencias de ADN específicas pueden convertir estas moléculas en forma de espiral en "autopistas" de electrones, permitiendo que la electricidad fluya más fácilmente a través de la cadena.
Los resultados pueden proporcionar un marco para diseñar dispositivos de nanoescala de ADN más estables, eficientes y ajustables, y para comprender cómo se podría utilizar la conductividad del ADN para identificar el daño genético. El estudio aparece en línea el 20 de junio en Química de la naturaleza .
Los científicos han estado en desacuerdo sobre cómo los electrones viajan a lo largo de las cadenas de ADN, dice David N. Beratan, profesor de química en la Universidad de Duke y líder del equipo de Duke. A distancias más largas, creen que los electrones viajan a través de las cadenas de ADN como partículas ".saltando "de una base molecular o" unidad "a la siguiente. En distancias más cortas, los electrones usan su carácter ondulatorio, compartiéndose o" esparcidos "sobre múltiples bases a la vez.
Pero los experimentos recientes dirigidos por Nongjian Tao, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad Estatal de Arizona y coautor del estudio, dieron pistas de que este comportamiento ondulatorio podría extenderse a distancias más largas.
Este resultado fue intrigante, dice Chaoren Liu, estudiante graduada de Duke y autora principal del estudio, porque los electrones que viajan en ondas están esencialmente entrando en el "carril rápido", moviéndose con más eficiencia que los que saltan.
"En nuestros estudios, primero queríamos confirmar que este comportamiento ondulatorio en realidad existía a lo largo de estas longitudes", dijo Liu. "Y segundo, queríamos comprender el mecanismo para poder fortalecer este comportamiento ondulatorio oextenderlo a distancias aún más largas "
Las cadenas de ADN se construyen como cadenas, y cada enlace comprende una de las cuatro bases moleculares cuya secuencia codifica las instrucciones genéticas para nuestras células. Mediante simulaciones por computadora, el equipo de Beratan descubrió que manipular estas mismas secuencias podría ajustar el grado de intercambio de electrones entre las bases,que conducen a un comportamiento ondulatorio en distancias más largas o más cortas. En particular, descubrieron que bloques alternos de cinco bases de guanina G en cadenas de ADN opuestas crearon la mejor construcción para movimientos electrónicos ondulantes de largo alcance.
El equipo teoriza que la creación de estos bloques de bases G hace que todos se "bloqueen" juntos, por lo que es menos probable que el movimiento ondulatorio de los electrones se vea interrumpido por un movimiento aleatorio en la cadena de ADN.
"Podemos pensar que las bases están efectivamente unidas para que todas se muevan como una sola", dijo Liu. "Esto ayuda a que el electrón se comparta dentro de los bloques".
El grupo Tao confirmó estas predicciones teóricas utilizando experimentos de unión de ruptura, uniendo hebras cortas de ADN construidas a partir de bloques alternos de tres a ocho bases de guanina entre dos electrodos de oro y midiendo la cantidad de carga eléctrica que fluye a través de las moléculas.
Beratan dice que los resultados arrojan luz sobre una controversia de larga data sobre la naturaleza exacta del transporte de electrones en el ADN. También podrían proporcionar información sobre el diseño de la nanoelectrónica de ADN sintonizable y sobre el papel del transporte de electrones de ADN en los sistemas biológicos.
"Este marco teórico nos muestra que la secuencia exacta del ADN ayuda a determinar si los electrones pueden viajar como partículas, y cuándo pueden viajar como ondas", dijo Beratan. "Se podría decir que estamos diseñando la personalidad ondulatoria delelectrón."
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Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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