Resumen: el emparejamiento de la base de ADN es simple de modelar (al menos en un nivel alto) y, por lo tanto, fácil de programar, mientras que reemplazar el grupo 3′-OH con SH los hace unirse a nanopartículas de oro.
En los documentos descritos en el enlace, hay tres tipos de objetos involucrados: nanopartículas de oro, oligonucleótidos de ADN 3′-tiol no complementarios y un dúplex de ADN de enlace.
Antecedentes para aquellos que no están familiarizados con la biología molecular: el ADN es un polímero cuya unidad repetitiva contiene un grupo fosfato (PO4), un anillo de ribosa y una base de ADN, que puede ser adenina (A), timina (T), guanina (G) o citosina (C); El grupo fosfato y el anillo de ribosa no varían. Los átomos de carbono en la base están numerados del 1 al número que tenga esa base, y los de la ribosa están numerados del 1 ‘al 5’. El carbono 5 ‘del anillo de ribosa está unido covalentemente a uno de los oxígenos del grupo fosfato, mientras que el carbono 3’ del anillo de ribosa está unido a (uno diferente) uno de los oxígenos del siguiente grupo fosfato; por lo tanto, los biólogos comúnmente se refieren al “extremo 5 ‘” y al “extremo 3′” de una cadena de ADN. El fosfato en el extremo 5 ‘de una cadena “normalmente” simplemente no tendrá nada unido a él (aunque a veces el extremo 5’ de una cadena de ADN o ARN se modificará con el propósito de algún proceso celular); mientras que el carbono 3 ‘de la base en el extremo 3’ de una cadena tendrá un grupo OH en lugar del O del siguiente fosfato. El carbono 1 ‘está unido a la base. La estructura de las bases significa que las bases de adenina y timina de diferentes cadenas forman naturalmente enlaces de hidrógeno entre sí (A con T, no A con A o T con T), al igual que Guanina y Citosina, por lo que si dos cadenas de ADN tienen cadenas largas de secuencia complementaria (a menudo incluso si una o dos bases no coinciden), naturalmente se formarán en la famosa forma de doble hélice. El complemento de la secuencia de una cadena se obtiene invirtiendo la secuencia y luego intercambiando A con T y C con G, ya que este emparejamiento de bases es siempre antiparalelo. Esto hace que el ADN sea fácilmente “programable”, ya que si desea que dos cosas se unan, haga dos secuencias de ADN complementarias, una una a la otra y la otra.
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Esta programabilidad de la unión de la cadena de ADN es el punto principal del artículo. Primero, las cadenas individuales de ADN se unen a las nanopartículas de oro al reemplazar el grupo OH en el carbono 3 ‘de la ribosa del extremo 3’ con un grupo SH (azufre + hidrógeno, también conocido como tiol), que se une al oro. (El azufre tiene muchas propiedades químicas similares al oxígeno, ya que se encuentra en la misma columna de la tabla periódica, por lo que la sustitución es razonable). En un modelo simple, se adjuntaría, por ejemplo, TTAG (las secuencias de ADN generalmente se escriben desde la base 5 ‘; en en este caso, la ribosa de la base G tendría el grupo tiol) a una nanopartícula y CTAA (la secuencia complementaria) a la otra; esto no funcionará por uno, y posiblemente por dos razones. La primera es que cuantas más bases en una secuencia complementaria, más fuerte es el enlace, y 4 bases no son lo suficientemente fuertes como para mantenerse juntas a temperatura ambiente. (A partir de las heurísticas que uso, aunque en realidad no las uso mucho, por lo que podrían estar apagadas, 5-7 bases a temperatura ambiente es aproximadamente igual a la energía unida versus no unida y, por lo tanto, irá de un lado a otro, mientras que se mantendrán significativamente más encuadernado y significativamente menos no se unirá por un período de tiempo apreciable. Para este propósito, los autores quieren que algo permanezca a temperatura ambiente y luego se desligen a una temperatura más alta. La secuencia de 8 bases que usan, por lo que afirman, tiene un temperatura de fusión de 42 grados C.) El segundo, del que no hablan, pero sospecho, puede ser que la distancia de una secuencia corta es demasiado pequeña y estaría sujeta a un impedimento estérico; las nanopartículas no pueden acercarse tanto. Si eso no es cierto, entonces no está del todo claro para mí por qué usan el enlazador dúplex.
Por lo tanto, los autores adjuntan las hebras AGTCGTTT-3′-tiol TACCGTTG-3′-tiol a las nanopartículas de oro, que no son complementarias entre sí (o para sí mismas; la autocomplementariedad es ocasionalmente un problema en el diseño de hebras) y por lo tanto no ‘ t interactuar, todavía. Luego agregan un enlazador dúplex, compuesto por hilos ATGGCAAC-TATACGCGCTAG y CTAGCGCGTATA-AAACGACT. Tenga en cuenta que los dominios de 12 bases de las cadenas de enlace son complementarios entre sí, mientras que los dominios de 8 bases son cada uno complementario de uno de los oligonucleótidos de tiol. Por lo tanto, cada tiol-oligonucleótido se hibrida con una de las cadenas en el dúplex conector, que se hibridan entre sí, formando una conexión entre dos nanopartículas. Dado que cada nanopartícula tiene múltiples cadenas de cualquier tipo que tenga, y hay muchas copias de linker duplex en solución, se forman agregados.
