Investigadores liderados por Regina de Vivie-Riedle, profesor de química teórica en LMU Munich, han encontrado indicaciones de un mecanismo independiente de la base que puede disminuir la fotoestabilidad del uracilo de la base del ARN.

Los componentes básicos de la vida a saber, las cinco nucleobases de adenina, guanina citosina timina y uracilo que componen el código genético, son susceptibles de sufrir daños por radiación ultravioleta. Después de la fotoexcitación, pueden sufrir reacciones químicas con sus vecinos en una cadena de ADN o ARN, causando mutaciones peligrosas que eventualmente aumentan el riesgo de cáncer de piel.

Afortunadamente, las cinco nucleobases tienen formas de disipar rápidamente la energía depositada en el estado crítico excitado. Este proceso de relajación ocurre en una escala de tiempo de femtosegundos, más rápido de lo que pueden ocurrir reacciones químicas competitivas, evitando así el fotodaño en la mayoría de los casos. La obstrucción de estas vías ultrarrápidas aumenta la posibilidad de que se formen fotoproductos dañinos, ya que la nucleobase permanece en el estado excitado durante más tiempo.

Hasta ahora, tal relajación retardada en el estado fundamental se ha atribuido principalmente a la deslocalización de estados excitados en varias bases nucleotídicas. La profesora Regina de Vivie-Riedle y su equipo de investigación en LMU ahora han encontrado indicios de otro mecanismo que puede ocurrir en una sola base nucleotídica, sin necesidad de deslocalización del estado excitado. Utilizando métodos dinámicos cuánticos de última generación que tienen en cuenta el complejo entorno de ARN, encontraron que la influencia estérica de la hebra de ARN puede obstruir el movimiento molecular necesario para la relajación ultrarrápida del uracilo y atrapar la nucleobase en el estado excitado durante varios picosegundos, el tiempo suficiente para que se produzcan reacciones químicas nocivas. La obra aparece en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

Al considerar diferentes secuencias de bases en sus simulaciones, también investigaron si las combinaciones específicas de nucleobases vecinas difieren en sus efectos sobre la fotoestabilidad del uracilo. Los resultados indican que el mecanismo descrito es un efecto bastante general del entorno del ARN molecular, y ocurre independientemente de cualquier secuencia de bases particular.

El uso de simulaciones por computadora permite aislar los efectos de diferentes factores, algunos de los cuales pueden ser inaccesibles para la investigación experimental. Por lo tanto, los modelos teóricos permiten una comprensión más completa de la naturaleza y son una parte integral de la química moderna. El esfuerzo computacional para este estudio fue considerable, y los autores agradecen los recursos proporcionados por el Centro de Supercomputación Leibniz en Garching.