Los investigadores ahora saben cómo funciona un sistema de reparación del ADN impulsado por luz
Alexéi Kotelnikov/Alamy
Dos equipos de investigadores han descubierto detalles microscópicos de cómo una proteína llamada fotoliasa utiliza la luz para reparar ADN. El descubrimiento podría ayudar a desarrollar tecnologías sostenibles para la fabricación de productos químicos que dependan de la luz solar.
La mayoría de los organismos, excepto muchos mamíferos, tienen fotoliasa. Estas proteínas reparan el daño del ADN causado por Radiación UV usando luz. “Son muy buenos utilizando casi todos los fotones que capturan”, dice Thomas Lane en el Sincrotrón de Electrones Alemán (DESY). “Entonces, por cada fotón de luz, que es la menor cantidad de luz posible, normalmente pueden generar una reparación del ADN”, dice.
Una molécula de ADN consta de dos cadenas moleculares que se retuercen entre sí, creando una estructura similar a una escalera de caracol. Cada hebra tiene una serie de bases químicas a lo largo de su longitud, y las bases de las dos hebras se conectan para unir las dos hebras.
Cuando el ADN se daña, los pares de bases pueden romperse. Esto hace que las bases adyacentes de la misma hebra se unan, lo que significa que ya no pueden conectarse a las bases de la hebra opuesta.
Investigaciones anteriores han demostrado que la fotoliasa aísla esta área dañada y separa los enlaces no deseados entre bases adyacentes, lo que permite que las bases vuelvan a emparejarse correctamente con las de la hebra opuesta. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo la fotoliasa logra esto, especialmente con la alta eficiencia que han observado los investigadores.
Entonces, Lane y sus colegas utilizaron pulsos de rayos X de alta energía para crear una especie de animación stop-motion que capturara el proceso con detalle atómico. Manuel Maestre Reyna de la Academia Sínica de Taiwán y sus colegas realizaron una serie de experimentos similares, que se publicaron junto con los del equipo de Lane.
Para los experimentos, los investigadores iniciaron la reacción haciendo brillar un láser sobre la fotoliasa en presencia de cadenas de ADN dañadas. Luego, enviaron pulsos de rayos X en rápida sucesión para capturar una secuencia de imágenes de la disposición de los átomos durante el proceso de reparación, que dura unos 200.000 nanosegundos.
Los investigadores descubrieron que el área de la fotoliasa responsable de inducir la reparación del ADN, conocida como cofactor, inicialmente tiene forma de V. Una vez que absorbe la luz, entra en un estado altamente energético, convirtiéndose en una V invertida. El resto de la proteína estabiliza el cofactor excitado mientras transfiere un electrón al ADN dañado. Luego, este electrón rompe los enlaces que fusionan las bases de ADN adyacentes, una a la vez. Posteriormente, el electrón se transfiere de nuevo al cofactor, que vuelve a su forma de V ascendente. Después de que se rompen los enlaces, la fotoliasa libera primero una base y luego la otra para que vuelvan a unir sus pares de bases en la hebra opuesta.
Las técnicas de imagen anteriores eran incapaces de observar el ADN reparador de la fotoliasa con este nivel de detalle, afirma Marten Vos en la École Polytechnique de Francia. Estos conocimientos detallados sobre la estructura de la fotoliasa arrojan pistas sobre cómo funciona de manera tan eficiente, lo que podría ayudar a los científicos a desarrollar proteínas similares energéticamente eficientes para la fabricación. productos químicos y productos más sosteniblesél dice.
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