Estructura y función del ADN y del ARN. ¿Por qué se comportan distinto a pesar de compartir una estructura similar?

¿Por qué las dobles hélices de ADN y ARN se comportan de manera tan distinta cuando se las estira a pesar de compartir una estructura tan similar? Una simulación de este proceso con ordenadores superpotentes y millones de horas de cálculo ha permitido desvelar la estructura atómica de ambas moléculas en tal situación. [Stock/Vladystock]

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Epigenética Epigenética Jul/Sep 2015 Nº 81

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El ADN y el ARN son dos moléculas muy parecidas, pero se comportan de un modo totalmente diferente al aplicarles una fuerza. Como cabría esperar, al estirar una doble hélice de ácido ribonucleico (ARN) la molécula se desenrolla y se alarga. Sin embargo, el comportamiento de la doble hélice de ácido desoxirribonucleico (ADN) es contrario a lo que dictaría la intuición, ya que al estirarla se incrementa el grado de enrollamiento sobre sí misma. ¿Por qué se comportan de manera tan distinta a pesar de compartir una estructura tan similar?

Una simulación de este proceso con ordenadores superpotentes y millones de horas de cálculo, realizada por investigadores del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC (CNB-CSIC) y de la Universidad Autónoma de Madrid, ha permitido desvelar la estructura atómica de ambas moléculas. Sus resultados se han publicado en la revista PNAS.

«Ni el ADN ni el ARN son esas estructuras lineales perfectas que nos muestran los libros. Para realizar correctamente su función biológica necesitan estar sometidas a giros, torsiones, estiramientos y otras fuerzas físicas muy específicas», explica Alberto Marín, investigador del CNB-CSIC y autor del trabajo. Como resultado de estas fuerzas se producen cambios locales en la estructura de la molécula para facilitar o impedir la unión de determinadas proteínas a puntos concretos del ácido nucleico. De esta manera se consiguen regular muchos de los procesos esenciales para la vida de la célula.

Estudios anteriores ya habían demostrado que estas dos moléculas tan similares desde un punto de vista estructural se comportan de manera diferente al aplicar una fuerza sobre ellas. Pero este trabajo ha permitido, por primera vez, ver cómo los átomos de los ácidos nucleicos cambian de posición al aplicar sobre ellos una fuerza de estiramiento. Cuando el ADN se estira, la distancia entre las dos cadenas de la doble hélice disminuye, haciendo la molécula más estrecha. En el caso de una doble hélice de ARN (como se da en el caso de algunos virus, en la mayoría de organismos el ARN se encuentre formado por una sola cadena de nucleótidos), la distancia apenas varía. Entonces, si se reduce la distancia entre las hebras de ADN, al estirarlas se produce un superenrollamiento. Mientras que si la separación entre dos cadenas de ARN se mantiene fija, la molécula se desenrolla al estirarla.

Los resultados del estudio sugieren que, en última instancia, el comportamiento contraintuitivo del ADN (enrollarse al ser estirado) está relacionado con la pequeña pero fundamental diferencia que lo distingue del ARN: la ausencia de un grupo hidroxilo. «Estas simulaciones por ordenador pueden suponer una herramienta muy poderosa para desvelar cambios de funcionalidad biológica asociados a cambios estructurales», concluyen los autores.

Fuente: Universidad Autónoma de Madrid

Referencia: «Understanding the mechanical response of double-stranded DNA and RNA under constant stretching forces using all-atom molecular dynamics». Alberto Marin-Gonzalez et al. en PNAS, 2017. DOI: 10.1073/pnas.1705642114

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