Se Forma una Superestructura de Agua Quiral Alrededor del ADN

Por: Resonance Science Foundation

Investigadores de la Universidad de Notre Dame han observado por primera vez una superestructura quiral de agua templada alrededor de una biomolécula. Aunque muchos estudios han demostrado la interacción directa del agua con macromoléculas de gran importancia como el ADN, el último estudio es una confirmación definitiva de que el agua forma una superestructura única y duradera alrededor de la doble hélice del ADN, estabilizando la conformación molecular, mediando su funcionalidad e interacción con importantes intermediarios de la información como la ARN polimerasa.

Teniendo en cuenta otros informes recientes, como la cartografía directa de los acoplamientos moleculares y el intercambio de energía entre las vibraciones de la columna vertebral del ADN y el agua con espectroscopia de infrarrojo de femtosegundo,(direct mapping of molecular couplings and energy exchange between DNA backbone vibrations and water ) cada vez es más difícil ignorar el papel central del agua en algunas de las funciones biológicas más importantes. El agua forma patrones de hidratación alrededor de las biomoléculas a través de las interacciones de los enlaces de hidrógeno, y es tan crucial para organizar y orquestar el entorno celular, que investigadores como Gerald Pollack han llegado a destacar su importancia como posible progenitor de la membrana celular (progenitor to the cellular membrane), dando lugar a las primeras células de la vida.

El último estudio utilizó la microscopía vibracional no lineal coherente para obtener una velocidad de imagen vibracional y una resolución espacial molecular sin precedentes, lo que permitió observar con gran detalle las moléculas de ADN y los patrones de hidratación del agua asociados a ellas en condiciones casi fisiológicas (temperatura ambiente y solución de NaCl 100 mM). El equipo de investigación descubrió que el ADN imprime su quiralidad (piense en las orientaciones izquierda y derecha) en las moléculas de agua que lo rodean, lo que provoca la formación de una superestructura macroscópica de plantilla de agua a lo largo de la doble hélice de ADN.

Aunque se sabe que el patrón específico de las moléculas de agua a lo largo de la molécula de ADN es importante para el reconocimiento de las secuencias promotoras de los genes por parte de las proteínas que interactúan (véase, por ejemplo, el estudio "El agua interfacial como huella dactilar de la hidratación", se desconoce la relevancia biológica completa de una espina de hidratación quiral. Sin embargo, sí respalda hallazgos controvertidos como el de Luc Montagnier -en el que el premio Nobel y su equipo de investigación, entre los que se encuentra el físico teórico Emilio Del Giudice, pionero en la teoría de los campos cuánticos de la materia blanda condensada, especialmente el agua- realizaron una serie de experimentos que sugieren que las secuencias de ADN pueden reconstituirse a partir de la memoria del agua. El estudio se detalla en el informe "Transducción de la información del ADN a través del agua y las ondas electromagnéticas". 

La capacidad de detectar directamente la interacción del agua y su papel fundamental en las funciones biomoleculares es un desarrollo apasionante de las tecnologías espectroscópicas avanzadas y la biología molecular, y proporcionará conocimientos reveladores sobre la biofísica y las propiedades fisicoquímicas a nivel molecular de la vida.

Cuando Szent-Gyorgyi llamó al agua "matriz de la vida", se hizo eco de un viejo sentimiento. En el siglo XVI, Paracelso dijo que "el agua era la matriz del mundo y de todas sus criaturas". Pero la noción de matriz de Paracelso -una sustancia activa imbuida de propiedades fecundas y vivificantes- era muy diferente de la imagen que, hasta hace muy poco, los biólogos moleculares han tendido a mantener del papel del agua en la química de la vida. Aunque reconocen que el agua líquida tiene algunas propiedades físicas y químicas inusuales e importantes -su potencia como disolvente, su capacidad para formar enlaces de hidrógeno, su naturaleza anfótera [una molécula que puede reaccionar tanto como un ácido como una base]- los biólogos la han considerado esencialmente como el telón de fondo sobre el que se disponen los componentes moleculares de la vida. Por ejemplo, solía ser una práctica habitual realizar simulaciones informáticas de biomoléculas en el vacío.

En parte, esto se debía a que la intensidad computacional de la simulación de una cadena polipeptídica era un reto incluso sin tener en cuenta también las moléculas del disolvente, pero también reflejaba la noción predominante de que el agua hace poco más que templar o moderar las interacciones fisicoquímicas básicas responsables de la biología molecular. Lo que dijeron Gerstein y Levitt hace 9 años sigue siendo cierto hoy: "Cuando los científicos publican modelos de moléculas biológicas en las revistas, suelen dibujar sus modelos en colores brillantes y colocarlos sobre un fondo negro y liso".

Curiosamente, este olvido del agua como componente activo de la célula iba acompañado de la suposición de que la vida no podía existir sin ella. Se trataba básicamente de una conclusión empírica derivada de nuestra experiencia de la vida en la Tierra: los entornos sin agua líquida no pueden sostener la vida, y se necesitan estrategias especiales para hacer frente a situaciones en las que, debido a los extremos de calor o frío, el líquido escasea. La reciente confirmación de que existe al menos un mundo rico en moléculas orgánicas en el que los ríos y tal vez los mares poco profundos o las ciénagas están llenos de fluidos no acuosos -los hidrocarburos líquidos de Titán- podría ahora aportar algo de atención, incluso urgencia, a la cuestión de si el agua es realmente una matriz única y universal de la vida, o si, por el contrario, es sólo la que se da en nuestro planeta. – Phillip Ball, El Agua como Componente Activo en la Biología Celular