Jae-Hyung Jeon y Wokyung Sung de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang en la República de Corea han desarrollado un modelo mecánico simple para implementar eficazmente la conocida estructura de doble hebra y la elasticidad del ADN en una escala nanométrica. en un esfuerzo por explorar más exhaustivamente el ácido nucleico que contiene el material genético de las células. El modelo fue publicado en Springer's Revista de física biológica .
Desde que Watson y Crick describieron por primera vez la estructura básica del ADN en 1953, Se han desarrollado una serie de cálculos químicos cuánticos para describirlo a escala atomística o a nivel de moléculas pequeñas. Hasta aquí, sin embargo, estos han demostrado ser demasiado exigentes desde el punto de vista computacional o analíticamente inviables para describir adecuadamente la conformación y la mecánica del ADN a nanoescala probadas por los experimentos modernos de una sola molécula. A escalas de micrones, por otra parte, El modelo de cadena similar a un gusano ha sido fundamental para describir analíticamente la mecánica y la elasticidad del ADN. Sin embargo, carece de ciertos detalles moleculares que son esenciales para describir la hibridación, confinamiento a nanoescala, y desnaturalización local o cambios estructurales en el ADN provocados por condiciones extremas.
Para llenar este vacío fundamental, los investigadores coreanos se dispusieron a desarrollar un modelo mesoscópico viable y predictivo de ADN de doble hebra, donde las perlas de nucleótidos constituyen los grados básicos de libertad.
Usando el modelo, los investigadores coreanos estudiaron cómo un dúplex de ADN se autoensambla en la estructura de la hélice debido a la interacción de apilamiento modelada por la interacción entre bases diagonalmente opuestas, y también cómo se deforma la hélice contra la fuerza de estiramiento en comparación con experimentos relacionados con una sola molécula. Descubrieron que una transición excesiva con la meseta de fuerza, como se muestra en los experimentos típicos de extensión de fuerza, puede ser inducida por la coexistencia de estructuras helicoidales y en escalera a una fuerza crítica cercana al valor experimental. Esta meseta se produce debido a la transición entre el estado helicoidal y el estado en forma de escalera del ADN.
El dúo de investigación también mostró analíticamente cómo un modelo elástico en forma de cadena en forma de gusano, utilizado con frecuencia en la mecánica del ADN, pueden derivarse utilizando su nuevo modelo. Se utiliza para explicar la rigidez a la flexión y a la torsión en términos de interacciones básicas en su modelo y constantes geométricas de ADN, de acuerdo razonable con los valores experimentales correspondientes.
"Este modelo básico y su extensión, utilizado junto con otros cálculos analíticos y simulaciones numéricas, proporciona nuevas posibilidades con las que estudiar una variedad de fenómenos de ADN individual, desde escalas de longitud de nano hasta micras, ", escribe Jeon y Sung." Puede, por ejemplo, utilizarse para estudiar los efectos de la heterogeneidad de secuencias, soluciones iónicas, y restricciones de torsión en la mecánica y, es más, diversos fenómenos como la desnaturalización local del ADN y la interacción proteína-ADN ".
