MADRID 20 Mar. (EUROPA PRESS) -
Un grupo de científicos ha presenciado el momento exacto en que el ADN comienza a desenrollarse, revelando un evento molecular necesario para que este sea la molécula que codifica toda la vida. Se trata de un nuevo estudio de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) de Arabia Saudí, publicado en Nature, que captura el momento en que el ADN comienza a desenrollarse, lo que permite todos los eventos posteriores en la replicación del ADN.
Esta observación directa arroja luz sobre los mecanismos fundamentales que permiten a las células duplicar fielmente su material genético, un pilar fundamental para el crecimiento y la reproducción.
Mediante criomicroscopía electrónica y aprendizaje profundo para observar la interacción del antígeno tumoral grande del virus simio 40 con el ADN, los laboratorios del profesor adjunto de la KAUST, Alfredo De Biasi , y del profesor Samir Hamdan, proporcionan la descripción más detallada hasta la fecha de los primeros pasos de la replicación del ADN: 15 estados atómicos que describen cómo la enzima helicasa fuerza el desenrollado del ADN. Este logro no solo marca un hito en la investigación sobre helicasas, sino también en la observación de la dinámica de cualquier enzima con resolución atómica.
Si bien los científicos conocen desde hace mucho tiempo la importancia de la helicasa en la replicación del ADN, "no sabían cómo el ADN, las helicasas y el ATP trabajan juntos en un ciclo coordinado para impulsar el desenrollado del ADN", puntualiza De Biasio.
Cuando se descubrió la doble hélice en 1953, esta información brindó a la comunidad científica una comprensión revolucionaria de cómo se almacena y copia la información genética. Para que el ADN se replique, la hélice primero debe desenrollarse y dividir el ADN de una doble cadena en dos cadenas simples. Al unirse, las helicasas funden el ADN, rompiendo los enlaces químicos que unen la doble hélice. A continuación, separan las dos hebras, permitiendo que otras enzimas completen la replicación. Sin este primer paso, el ADN no puede replicarse. De esta manera, las helicasas son máquinas o, debido a su tamaño, nanomáquinas.
Si las helicasas son nanomáquinas, entonces el ATP, o trifosfato de adenosina, es el combustible. De forma similar a cómo la gasolina impulsa los pistones del motor de un automóvil, la quema de ATP, el mismo combustible que se usa para flexionar los músculos, hace que los seis pistones de una helicasa desenrollen el ADN. El estudio descubrió que, a medida que se consume ATP, se reducen las restricciones físicas que permiten que la helicasa avance a lo largo del ADN, desenrollando cada vez más la doble cadena. Por lo tanto, el consumo de ATP actúa como un interruptor que aumenta la entropía (o desorden) en el sistema, liberando a la helicasa para que se mueva a lo largo del ADN.
"La helicasa utiliza ATP no para separar el ADN en un solo movimiento, sino para realizar cambios conformacionales que desestabilizan y separan progresivamente las cadenas. La quema de ATP, o hidrólisis, funciona como el resorte de una trampa para ratones, impulsando la helicasa hacia adelante y separando las cadenas de ADN", explica De Biasio.
Entre los numerosos descubrimientos de los científicos de la KAUST se encuentra que dos helicasas funden el ADN en dos sitios simultáneamente para iniciar el desenrollado. La química del ADN permite que las nanomáquinas se muevan a lo largo de una sola cadena de ADN en una sola dirección. Al unirse en dos sitios simultáneamente, las helicasas se coordinan para que el enrollado pueda ocurrir en ambas direcciones con una eficiencia energética única en las nanomáquinas naturales.
Esa eficacia, detalla De Biasio, hace que el estudio de la replicación del ADN sea más que un intento de responder a las preguntas científicas más fundamentales sobre la vida: convierte a las helicasas en modelos para el diseño de nueva nanotecnología. Desde una perspectiva de diseño, las helicasas ejemplifican sistemas mecánicos energéticamente eficientes. Las nanomáquinas diseñadas mediante interruptores de entropía podrían aprovechar mecanismos energéticamente eficientes similares para realizar tareas complejas impulsadas por la fuerza, afirmó.
