Hidratación de ácido nucleico
La hidratación del ácido nucleico es de vital importancia para su conformación y utilidad, como lo señalan Watson y Crick. La fuerza de estas interacciones acuosas es mucho mayor que la de las proteínas debido a su carácter altamente iónico. La doble hélice de ADN puede tomar una serie de conformaciones (por ejemplo, paso de A-ADN diestro 28.2 Å 11
Enlaces de hidrógeno en los ácidos nucleicos
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- ¿Cuál es la diferencia entre la molécula rica en energía (ATP) y la molécula rica en electrones (NADPH)?
- ¿Actúan todos los tipos de fuerzas intermoleculares entre las moléculas de agua?
- ¿Es posible obtener una molécula de estado de transición?
Las cadenas helicoidales dobles de ADN y algunas cadenas de ARN se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. En sí mismos, las fuerzas de cada uno de estos enlaces de hidrógeno son muy similares entre sí, y al enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua, excepto por los enlaces CH ··· O = C mucho más débiles. Por lo tanto, el par de bases guanina-citosina, con tres enlaces de hidrógeno medio-fuertes, se mantiene aproximadamente dos veces más fuerte que el par de bases adenina-timina, que solo tiene dos enlaces de hidrógeno medio-fuertes. Todos estos enlaces de hidrógeno se fortalecen y protegen de la hidratación del solvente mediante el apilamiento hidrofóbico de las bases, que es un contribuyente importante a la estabilidad de la hélice. Sin dicho apilamiento protector, los pares de bases se separarían rápidamente y se hidratarían con agua solvente.
Hidratación del ADN
Los cambios en la energía libre del agua circundante ayudan a la conversión de ADN monocatenario (ADNss) en ADN bicatenario (ADNds) ya que las moléculas de agua son más estables alrededor del ADNds que alrededor del ADNs incluso a aproximadamente 0,65 nm (3 capas de hidratación). )
El ADN B (consulte los patrones de difracción de rayos X a la derecha) necesita alrededor del 30%, en peso, de agua para mantener su conformación nativa en el estado cristalino. La transformación depende de varios factores, como la secuencia, la composición y concentración de iones y la actividad del agua. La deshidratación parcial lo convierte en ADN A (consulte los patrones de difracción de rayos X a la derecha, con un surco mayor más estrecho y profundo y un surco menor muy ancho pero poco profundo). La transición para esta transformación ocurre a aproximadamente 20 moléculas de agua por par de bases, con su punto medio a aproximadamente 15 moléculas de agua por par de bases. El ADN B posee una red de agua que abarca, y es la pérdida de su continuidad junto con la competencia entre la hidratación y el acoplamiento directo de cationes a los átomos de oxígeno libres en los grupos fosfato lo que da lugar a la transición al ADN-A. Esta transición estructural inducida por la deshidratación disminuye la energía libre requerida para la deformación y torsión del ADN A, que se emplea de manera útil al fomentar el superenrollamiento, pero finalmente conduce a la desnaturalización. Una mayor deshidratación resulta en el D-ADN menos hidratado (favorecido por el exceso de contraiones que protegen las cargas de fosfato de ADN), que tiene un surco menor muy estrecho con una cadena de agua alterna y contraiones distribuidos a lo largo de su borde.
La hidratación es mayor y se mantiene más fuertemente alrededor de los grupos fosfato que corren a lo largo de los bordes internos de las ranuras principales. Sin embargo, las moléculas de agua no están situadas permanentemente, debido a la distribución de electrones bastante difusa de los grupos fosfato. La hidratación es más ordenada y más persistente alrededor de las bases con su capacidad de enlace de hidrógeno más direccional y espacio restringido. Las moléculas de agua se mantienen relativamente fuertes con tiempos de residencia para la primera capa de hidratación de aproximadamente 0.5 – 1 ns. Debido a la estructura regular del ADN, el agua hidratante se mantiene de manera cooperativa a lo largo de la doble hélice tanto en los surcos mayores como en los menores. La naturaleza cooperativa de esta hidratación ayuda tanto a comprimir (recocer) como a descomprimir (desenrollar) la doble hélice. El movimiento del agua dentro de las ranuras se ralentiza en comparación con el agua a granel, con la mayor reducción dentro de la ranura menor más restrictiva. Se ha demostrado que las fluctuaciones conformacionales del ADN facilitan estos movimientos restringidos del agua y aceleran la dinámica de hidratación dentro del confinamiento del surco. Al fundirse, se liberan alrededor de cuatro moléculas de agua por par de bases a pesar de los sitios de hidratación adicionales que se liberan mediante el emparejamiento de bases previamente unido por hidrógeno, lo que confirma la importancia de esta naturaleza cooperativa de la unión del agua dentro de las ranuras.
Los ácidos nucleicos tienen varios grupos que pueden unirse con hidrógeno al agua, y el ARN tiene un mayor grado de hidratación que el ADN debido a sus átomos de oxígeno adicionales (es decir, ribosa O2 ‘) y sitios de bases no apareados. Estos grupos hidroxilo adicionales también crean hidratación adicional en el ARN dúplex, ya que proporcionan un armazón para la red de hidratación de surcos menores.
Imágenes – Google
Referencias
1. Documento de revisión [2002]: Hidratación del ADN
2. Mi trabajo de investigación: enlace de hidrógeno en ácidos nucleicos
Saludos
Parul
