Esta es una buena pregunta. No sabía la respuesta, pero investigué un poco para poder ayudarlo a averiguarlo (y agregar un poco más).
Puño de todo, asegurémonos de entender el pH. El pH es una medida de la concentración de iones de hidrógeno en una solución. Esto significa que depende de la concentración de aceptores de electrones (en este caso ADN, más específicamente el grupo fosfato de ADN) en la solución.
Ahora la propiedad de una molécula que describe su afinidad por donar o aceptar electrones se llama pKa (constante de disociación del ácido logarítmico). Es diferente para diferentes grupos funcionales y en diferentes condiciones ambientales y, en última instancia, está determinado por la mecánica cuántica. Según una conferencia de Jay Ponder en la Universidad de Washington en St. Louis, el pKa de cada grupo fosfato es de aproximadamente 2 [1].
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Ahora para algunas matemáticas. Vamos a calcular cuál es el pH del interior de una célula de E. coli . Para simplificar, supongamos que nuestra E. coli es solo una pared celular, su cromosoma único (ADN) y agua sin ninguna otra sal. Un volumen típico para una célula de E. coli es 1 μm ^ 3 (1 × 10 ^ -15 L). El tamaño de su genoma es de 5 Mbp (mega pares de bases, o 5 × 10 ^ 6 grupos fosfato). Entonces, la concentración de grupos fosfato en esta celda es 5 × 10 ^ 6 (#) / 1 × 10 ^ -15 (L) / 6.022 × 10 ^ 23 (mol / #) = 0.008 (M o mol / Litro). Necesitamos una última cosa antes de continuar, nuestra Ka para el grupo fosfato, que es 10 ^ -pKa o 10 ^ -2 = 0.01.
La definición de Ka es: [matemáticas] K_ {a} = \ frac {[H +] [A -]} {[HA]} [/ matemáticas] Aquí, no sabemos H + o A-, pero sabemos que son iguales porque se crean cuando nuestro protón se disocia. Tampoco conocemos HA en equilibrio, pero inicialmente hay 0.008 M de HA, y por cada H + y A- creado, se destruye un HA. Así que aquí está nuestra ecuación que debemos resolver:
[matemáticas] K_ {a} = \ frac {x * x} {[HA_ {0}] -x} [/ matemáticas]
[matemáticas] 0.01 = \ frac {x ^ 2} {(0.008-x)} [/ matemáticas]
[matemáticas] x ^ 2 + 0.01x – 0.00008 = 0 [/ matemáticas]
Ahora, sacar la raíz positiva ya que x es una concentración
x = [H +] = 0,0052470. Ahora, una definición de pH es -log ([H +]), por lo que el pH de nuestra solución es 2.3. Este es un ácido bastante fuerte como probablemente puedas ver. Es casi tan ácido como el vinagre casero o el jugo de limón. No es lo suficientemente fuerte como para lastimarte realmente, pero es bastante agrio. A las células generalmente les gusta que su pH interno esté en el rango de 6 ~ 8 (a veces más bajo, especialmente para E. coli), por lo que las células necesitan una variedad de otras moléculas para un tampón para contrarrestar la acidez del ADN (y otras cosas).
En resumen, el pKa del grupo fosfato en el ADN es aproximadamente 2. A partir de aquí, puede calcular el pH (que depende de la solución) en función de la concentración de ADN en solución con 1 fosfato por par de bases.
Notas al pie
[1] https://dasher.wustl.edu/bio5357…
