Los pares de grupos fosfato cargados negativamente y los iones de magnesio positivos representan una característica estructural clave del ADN y ARN incrustado en el agua. Las vibraciones de los grupos fosfato ahora se han establecido como sondas selectivas de dichos pares de contacto y permiten un mapeo de interacciones y estructura enLas escalas de tiempo ultrarrápidas de la dinámica molecular.
El ADN y el ARN son polímeros cargados que codifican la información genética en una estructura de doble hélice y actúan como actores clave en la biosíntesis de proteínas. Sus cargas negativas se encuentran en la estructura molecular, que consiste en fosfato iónico PO2- y azúcargrupos. La estabilización de las estructuras macromoleculares de ADN y ARN requiere una compensación de fuertes fuerzas eléctricas repulsivas entre los grupos fosfato igualmente cargados por iones opuestos, es decir, carga positiva. En este contexto, los iones de magnesio Mg2 + son particularmente relevantes ya que nosolo estabilizan la estructura, pero también median en el reconocimiento de socios de unión externos y actúan como centros catalíticos. Además, los cambios en la estructura macromolecular a través de procesos de plegado dinámico están conectados con una reorganización de iones positivos incrustados en la capa de agua circundante.
Los iones positivos se organizan en diferentes geometrías alrededor del ADN y el ARN: en las denominadas geometrías de par unido al sitio o de contacto, un ion positivo se encuentra en contacto directo con un átomo de oxígeno de un grupo fosfato. Por el contrario, elllamada atmósfera de iones externos consiste en iones positivos separados por al menos una capa de moléculas de agua de los grupos fosfato. El papel funcional de las diferentes geometrías y las interacciones subyacentes están lejos de ser entendidas. Una visión más profunda a nivel molecular requiere sondas altamente sensiblesque permiten discernir las diferentes geometrías de iones sin perturbarlas y mapear su dinámica en la escala de tiempo ultrarrápida de los movimientos moleculares.
En una publicación reciente, los investigadores del Instituto Max Born MBI demuestran que las vibraciones de los grupos fosfato representan sondas sensibles y no invasivas de geometrías iónicas en un entorno de agua. Dimetilfosfato DMP, CH3O 2PO2-, un sistema modelo establecidopara el esqueleto de ADN y ARN, se preparó en agua líquida con un exceso de iones Mg2 + y se estudió mediante espectroscopía vibratoria no lineal en el dominio del tiempo de femtosegundos 1 fs = 10 a la potencia de -15 s. Los experimentos utilizan dos-espectroscopía infrarroja dimensional 2D-IR, el método más sofisticado para analizar las interacciones iónicas y las estructuras en la escala de tiempo intrínseca de los movimientos moleculares fluctuantes.
Los experimentos mapean iones Mg2 + en contacto directo con un grupo PO2- a través de una característica distinta en el espectro 2D-IR. La interacción con el ion Mg2 + desplaza la vibración asimétrica de estiramiento PO2- a una frecuencia que es más alta que en ausencia de Mg2 +iones. La forma lineal y la evolución temporal de esta nueva característica revelan fluctuaciones de la geometría del par de iones de contacto y la cubierta de agua incrustada en una escala de tiempo de cientos de femtosegundos, mientras que el par de contacto en sí existe por mucho más tiempo ~ 10 a la potencia de-6 s. Un análisis teórico en profundidad muestra que el equilibrio sutil de las fuerzas electrostáticas Coulomb atractivas y las fuerzas repulsivas debidas a la interacción de intercambio mecánico-cuántico gobierna la posición de frecuencia de la vibración de fosfato.
La capacidad de la espectroscopía 2D-IR para caracterizar la interacción de iones fosfato de corto alcance en la solución proporciona una herramienta analítica novedosa que complementa las técnicas estructurales actualmente disponibles. Una extensión de este nuevo enfoque para el ADN y el ARN y su entorno iónico es muy prometedoray se espera que proporcione una nueva visión de las fuerzas que estabilizan las estructuras de equilibrio y conducen los procesos de plegado.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :