Las moléculas de la vida, el ADN, se replican con una precisión asombrosa, pero este proceso no es inmune a los errores y puede dar lugar a mutaciones. Mediante un sofisticado modelo informático, un equipo de físicos y químicos de la Universidad de Surrey ha demostrado que estos errores de copia pueden surgir debido a las extrañas reglas del mundo cuántico.

Las dos hebras de la famosa doble hélice del ADN están unidas entre sí por partículas subatómicas llamadas protones, los núcleos de los átomos de hidrógeno, que proporcionan el pegamento que une las moléculas llamadas bases. Estos llamados enlaces de hidrógeno son como los peldaños de una escalera torcida que forma la estructura de doble hélice descubierta en 1952 por James Watson y Francis Crick basándose en el trabajo de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins.

Normalmente, estas bases de ADN (llamadas A, C, T y G) siguen reglas estrictas sobre cómo se unen entre sí:A siempre se une a T y C siempre a G. Este emparejamiento estricto está determinado por la forma de las moléculas, encajándolas como piezas en un rompecabezas, pero si la naturaleza de los enlaces de hidrógeno cambia ligeramente, esto puede hacer que la regla de emparejamiento se rompa, lo que lleva a que se enlacen las bases incorrectas y, por lo tanto, a una mutación. Aunque Crick y Watson lo predijeron, solo ahora un modelo computacional sofisticado ha podido cuantificar el proceso con precisión.

El equipo, que forma parte del programa de investigación de Surrey en el nuevo y emocionante campo de la biología cuántica, ha demostrado que esta modificación en los enlaces entre las hebras de ADN es mucho más frecuente de lo que se pensaba hasta ahora. Los protones pueden saltar fácilmente desde su sitio habitual en un lado de una barrera de energía para aterrizar en el otro lado. Si esto sucede justo antes de que las dos hebras se descompriman en el primer paso del proceso de copia, entonces el error puede pasar a través de la maquinaria de replicación en la célula, lo que lleva a lo que se llama una falta de coincidencia de ADN y, potencialmente, una mutación.

En un artículo publicado esta semana en la revista Communications Physics , el equipo de Surrey con sede en el Centro de Capacitación de Doctorado en Biología Cuántica de Leverhulme utilizó un enfoque llamado sistemas cuánticos abiertos para determinar los mecanismos físicos que podrían causar que los protones salten entre las hebras de ADN. Pero, lo más intrigante, es gracias a un mecanismo cuántico bien conocido pero casi mágico llamado túnel, similar a un fantasma que atraviesa una pared sólida, que logran cruzar.

Anteriormente se había pensado que tal comportamiento cuántico no podía ocurrir dentro del entorno cálido, húmedo y complejo de una célula viva. Sin embargo, el físico austriaco Erwin Schrödinger había sugerido en su libro de 1944 "¿Qué es la vida?" que la mecánica cuántica puede desempeñar un papel en los sistemas vivos, ya que se comportan de manera bastante diferente a la materia inanimada. Este último trabajo parece confirmar la teoría de Schrödinger.

En su estudio, los autores determinan que el entorno celular local hace que los protones, que se comportan como ondas dispersas, se activen térmicamente y sean estimulados a través de la barrera de energía. De hecho, se encuentra que los protones están continua y muy rápidamente haciendo túneles de un lado a otro entre las dos hebras. Luego, cuando el ADN se escinde en sus hebras separadas, algunos de los protones quedan atrapados en el lado equivocado, lo que genera un error.

El Dr. Louie Slocombe, quien realizó estos cálculos durante su doctorado, explica que:"Los protones en el ADN pueden hacer túneles a lo largo de los enlaces de hidrógeno en el ADN y modificar las bases que codifican la información genética. Las bases modificadas se denominan "tautómeros". "y puede sobrevivir a los procesos de escisión y replicación del ADN, causando "errores de transcripción" o mutaciones".

El trabajo del Dr. Slocombe en el Centro de Formación de Doctorado en Biología Cuántica Leverhulme de Surrey fue supervisado por el Prof. Jim Al-Khalili (Física, Surrey) y el Dr. Marco Sacchi (Química, Surrey).

El profesor Al-Khalili comenta:"Watson y Crick especularon sobre la existencia y la importancia de los efectos de la mecánica cuántica en el ADN hace más de 50 años, sin embargo, el mecanismo se ha pasado por alto en gran medida".

El Dr. Sacchi continúa:"Los biólogos normalmente esperarían que los túneles desempeñen un papel importante solo a bajas temperaturas y en sistemas relativamente simples. Por lo tanto, tendían a descartar los efectos cuánticos en el ADN. Con nuestro estudio, creemos que hemos demostrado que estas suposiciones no No sostenga." + Explora más

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