Poderia haver outra força, ainda mais forte que uma ligação de hidrogênio, mantendo nosso DNA unido, sugerem novas pesquisas.

Descoberta pela primeira vez na década de 1950, a estrutura de dupla hélice de nosso material genético tornou-se icônica, embora ainda possamos descobrir como todas as suas peças se encaixam.

Aparecendo como uma escada torcida, os degraus são pares de bases de nitrogênio, mantidos juntos por algumas das mais fortes atrações intermoleculares que existem: ligações de hidrogênio.

Conectando os dois lados da escada, esses elos ultra-fortes geralmente são descrito como a principal força estabilizadora do DNA. Mas talvez haja outro fator mais importante em jogo.

A replicação do DNA geralmente ocorre com a ajuda de várias enzimas, que 'descompactar'Moléculas de DNA quebrando suas ligações de hidrogênio. No entanto, essa não é a única maneira de desestabilizar a dupla hélice.

Ao testar o DNA em um ambiente mais hidrofóbico do que o normal, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, mostraram pela primeira vez que essa força repelente de água é suficiente para desvendar a dupla hélice sozinha.

"O principal estabilizador da dupla hélice do DNA não são as ligações de hidrogênio dos pares de bases, mas o empilhamento de pares de bases", afirmam os autores concluir, "cuja coesão hidrofóbica, que requer água em abundância, indiretamente deixa o interior do DNA seco, de modo que as ligações de hidrogênio possam exercer pleno poder de reconhecimento".

Em outras palavras, como os pares de bases de DNA naturalmente repelem a água, em uma solução normal de água, eles se acumulam para se manterem protegidos do ambiente – como uma colônia de pinguins amontoados.

Não está claro se as enzimas da natureza fazem algo semelhante, mas dados outros modelos semelhantes, a equipe acha que essa é uma possibilidade distinta.

Quebrar esses agrupamentos requer o efeito oposto. Ao adicionar gradualmente uma solução hidrofóbica de polietilenoglicol – que é freqüentemente usada em carros como anticongelante – a equipe mostrou que o DNA perde sua estrutura e que isso acontece exatamente à medida que o ambiente passa de apreciador de água a repelente de água.

"As células querem proteger seu DNA e não expô-lo a ambientes hidrofóbicos, que às vezes podem conter moléculas nocivas". explica engenheiro químico e principal autor Bobo Feng.

"Mas, ao mesmo tempo, o DNA das células precisa se abrir para ser usado".

Como tal, Feng e seus colegas propõem que uma célula normal mantenha seu DNA em uma solução aquosa até que deseje ler, copiar ou reparar seu DNA. Somente então a célula cria um ambiente mais hidrofóbico, através do uso de enzimas com função semelhante ao polietilenoglicol.

hydrofob(Yen Strandqvist / Universidade de Tecnologia de Chalmers)

Steven Brenner, biofísico molecular da NASA, disse à ScienceAlert que esta foi uma descoberta importante que demonstra uma nova maneira de as enzimas "derreterem" as hélices duplas do DNA para transcrição ou reparo. Ainda assim, ele adverte, a maneira pela qual muitos meios de comunicação estão cobrindo este artigo não é totalmente precisa.

Apesar do que muitos estão relatando, ele diz que os resultados não sugerem que as ligações de hidrogênio não sejam importantes para a formação de DNA. Somente essas forças hidrofóbicas também desempenham um papel crucial.

E esse dificilmente é um conceito novo. Os modelos que incluem interações hidrofóbicas na dupla hélice datam pelo menos da década de 1990 e hoje existem laboratórios inteiros dedicados a essa avenida de pesquisa.

Em 1997, os cientistas começaram a Pergunta, questão a noção de que as ligações de hidrogênio por si só pode manter as duas cadeias de um hélice dupla de DNA juntas. Parecia que essa explicação do livro era inadequada e, vários anos depois, em 2004, uma estude A ligação de hidrogênio encontrada não era necessária para a estabilidade dos pares de bases.

Apenas alguns anos atrás, em 2017, um estude mostrou que a falta de ligações complementares de hidrogênio realmente não incomoda as células, e que as bases sintéticas são transcritas e traduzidas com sucesso de qualquer maneira, usando apenas forças hidrofóbicas.

Juntos, esses resultados sugerem que talvez as forças que observamos na natureza não sejam as únicas responsáveis ​​pela dupla hélice.

"Seria muito fácil dizer que ligações complementares de hidrogênio são o que definem DNA e RNA" disse bioquímico Floyd Romesberg, autor do artigo de 2017.

"Mas descobrimos que outras forças além da ligação de hidrogênio podem participar produtivamente de todas as etapas do armazenamento e recuperação de informações".

No entanto, tanto quanto aprendemos ao longo dos anos, ainda existem limites para as conclusões que podemos tirar desses modelos.

"Uma das tristes lições da química orgânica física do século passado", disse Benner à ScienceAlert, "é que os esforços para modelar separadamente o comportamento das moléculas como conseqüência de diferentes fatores … informa mais sobre o químico que está fazendo a modelagem do que ele. fala sobre as próprias moléculas ".

Essas estruturas, por exemplo, podem ser avaliadas quanto à capacidade de apenas explicar DNA ou na sua capacidade de realmente faço isto. Pessoalmente, Benner acredita que a última análise é mais objetiva, porque as explicações por conta própria geralmente podem nos convencer de que entendemos o que está acontecendo.

"No entanto, se nossos modelos realmente nos permitem fazer coisas, eles devem realmente ter alguma realidade por trás deles", argumenta.

No final, Benner diz que tanto a ligação de hidrogênio quanto a hidrofobicidade se mostraram necessárias para produzir DNA natural, e esse modelo de dupla ponta é atualmente usado tanto na medicina humana quanto na busca da NASA por vida alienígena.

A nova pesquisa adiciona a essa idéia, fornecendo um possível mecanismo biológico para esse processo.

"Ninguém anteriormente colocou o DNA em um ambiente hidrofóbico como este e estudou como ele se comporta, por isso não é surpreendente que ninguém tenha descoberto isso até agora". diz Feng.

Os resultados foram publicados em PNAS.

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