Razones para creer: ADN Diseñado para ser Flexible

A través de los años he aprendido que la flexibilidad es clave para una vida feliz y exitosa. Si usted es demasiado rígido, puede crear problemas para usted y los demás y restarle alegría.

Recientemente, un equipo de colaboradores de la Universidad de Duke y varias universidades de los EE.UU. descubrieron que el ADN muestra una inesperada flexibilidad estructural. Como resultado, esta propiedad parece ser la clave para la vida.(1) 

En contraste, los investigadores demostraron que el ARN (el primo bioquímico del ADN) es extremadamente rígido, poniendo de relieve otra de las propiedades estructurales únicas de ADN que lo hacen ideal como sistema de almacenamiento de información de la célula .

Para apreciar las propiedades óptimas únicas de ADN, una revisión de esta estructura de biomoléculas esta en orden:

ADN

El ADN consiste en dos moléculas en forma de cadena (polinucleótidos) que se tuercen alrededor de la otra para formar la doble hélice del ADN. La maquinaria de la célula forma cadenas de polinucleótidos enlazando cuatro moléculas diferentes subunidades llamadas nucleótidos. El ADN se construye a partir de los nucleótidos: adenosina, guanosina, citidina, y timina, como es sabido abreviada A, G, C y T, respectivamente. A su vez, las moléculas de nucleótidos que componen las hebras de ADN son moléculas complejas, que constan tanto de un resto de fosfato y una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina o) unida a un azúcar de 5 carbonos (desoxirribosa). (En el ARN, la ribosa azúcar de cinco carbonos reemplaza desoxirribosa).

Image 1: Nucleotide Structure

La columna vertebral de la cadena de ADN se forma cuando la maquinaria de la célula une repetidamente el grupo fosfato de un nucleótido a la unidad de desoxirribosa de otro nucleótido. Las nucleobases se extienden como cadenas laterales de la columna vertebral de la molécula de ADN y sirven como puntos de interacción (como peldaños de la escala) en las que las dos cadenas de ADN se alinean y tuercen para formar la doble hélice.

Image 2: The DNA Backbone

Cuando las dos cadenas de ADN se alinean, las cadenas laterales de adenina (A) de una hebra siempre se emparejan con las cadenas laterales de timina (T) de la otra hebra. Del mismo modo, las cadenas laterales de guanina (G) de una cadena de ADN siempre se emparejan con cadenas laterales citosina (C) de la otra hebra.

Cuando las cadenas laterales de par, que forman puentes cruzados entre las dos cadenas de ADN. La longitud de los puentes cruzados A-T y G-C es casi idéntica. Adenina y guanina están ambos compuestos de dos anillos y timina (uracilo) y citosina se componen de un anillo. Cada puente transversal consta de tres anillos.

Cuando A se aparea con T, dos enlaces de hidrógeno median la interacción entre estas dos nucleobases. Tres enlaces de hidrógeno acomodan a la interacción entre G y C. La especificidad de las interacciones de enlace de hidrógeno da cuenta de la reglas de emparejamiento de bases A-T y G-C 

Image 3: Watson-Crick Base Pairs

Watson-Crick y Hoogsteen base de sincronización

En el ADN (y en el ARN dobles hélices), las interacciones de apareamiento de bases se producen en lugares precisos entre las nucleobases A y T y las nucleobases G y C, respectivamente. Los bioquímicos se refieren a estas interacciones exigentes como Watson-Crick. Sin embargo, en 1959 y seis años después de que Francis Crick y James Watson publicaron su estructura de ADN de un bioquímico llamado Karst Hoogsteen descubierto de otra manera, aunque, poco frecuente, que las nucleobases A y T y el par G y C nucleobases, llamados emparejamiento de bases de Hoogsteen .

Base de los resultados de emparejamiento de Hoogsteen cuando la nucleobase unida al azúcar gira en 180 °. Debido a la dinámica de la molécula de ADN, esta rotación nucleobase se produce de vez en cuando, la conversión de un par de bases de Watson-Crick en un par de bases Hoogsteen. Sin embargo, la misma dinámica con el tiempo revertira el par de bases Hoogsteen a un emparejamiento de Watson-Crick. Los pares de bases de Hoogsteen no se prefieren debido a que causan una distorsión en la doble hélice de ADN. Para una pieza "desnuda" de ADN en un tubo de ensayo, en cualquier punto en el tiempo, alrededor de 1 por ciento de los pares de bases son de la variedad Hoogsteen.

mage 4: Watson-Crick and Hoogsteen Base Pairs
Image Credit: Wikimedia Commons

Aunque es poco común en ADN desnudo, los bioquímicos han descubierto recientemente que la configuración Hoogsteen se produce con frecuencia cuando: 1) proteínas se unen al ADN; 2) El ADN es metilado; y 3) ADN está dañado. Los bioquímicos piensan ahora que el emparejamiento de bases de Hoogsteen es importante para mantener la estabilidad de la doble hélice del ADN, asegurando la integridad de la información almacenada en la molécula de ADN.

De acuerdo con Hashim Al-Hashimi, "Hay una complejidad increíble incorporado en estas bellas estructuras simples, completas capas enteras o dimensiones que hemos estado cegados porque no tuvimos las herramientas para verlos, hasta ahora." (2)

Parece que la capacidad de formar pares de bases de Hoogsteen es una propiedad única del ADN. Al-Hashimi y su equipo no pudieron detectar ninguna prueba de pares de bases de Hoogsteen en dobles hélices compuestas de dos cadenas de ARN. Cuando químicamente se unen un grupo metilo a las nucleobases de ARN para bloquear la formación de pares de bases de Watson-Crick y la fuerza de apareamiento de bases de Hoogsteen, descubrieron que la doble hélice de ARN se vino abajo. A diferencia del ADN de doble-que es flexible-el ARN de doble hélice es rígida y no puede tolerar una distorsión a su estructura. En su lugar, las cadenas de ARN sólo se pueden disociar.

Resulta que la flexibilidad de ADN y la rigidez de ARN se explica por la ausencia de un grupo hidroxilo en la 2 posición del azúcar desoxirribosa del ADN y la presencia del  2 grupo hidroxilo en el azúcar ribosa del ARN, respectivamente, La posición 2 'es la única diferencia estructural entre los dos azúcares. La presencia o ausencia de grupo hidroxilo 2 'hace toda la diferencia. El anillo de desoxirribosa puede adoptar conformaciones alternadas con mayor libertad (llamados fruncir) que el anillo de ribosa, dando lugar a diferencias en la flexibilidad de doble hélice.

Esta diferencia hace al ADN ideal como una molécula de almacenamiento de información. Debido a su capacidad para formar pares de bases de Hoogsteen, la doble hélice de ADN permanece intacta, incluso cuando la molécula se daña químicamente. También hace que sea posible para la maquinaria de la célula controlar la expresión de la información genética en el ADN albergado a través de la unión a proteínas y la metilación del ADN.

Es intrigante que el armario análogico bioquimico de ADN carece de esta propiedad.

Parece que el ADN se ha optimizado para el almacenamiento y recuperación de datos. Esta propiedad es fundamental para la capacidad del ADN para almacenar información genética. El ADN alberga la información necesaria para la maquinaria de la célula para producir proteínas. También contiene la información genética transmitida a las generaciones posteriores. Si el ADN no es estable, entonces la información que alberga se distorsiona o se pierde. Esto tendria consecuencias desastrosas para las operaciones del día a día de la celulas y hacer que la supervivencia a largo plazo de la vida imposible.

Lo sistemas bioquímicos optimizados comprenden evidencias de un diseño bioquimico inteligente. La optimización de un sistema de ingeniería no sólo sucede, es el resultado de los ingenieros cuidadosamente desarrollaron sus diseños. Se requiere de previsión, planificación, y una cuidadosa atención al detalle. De la misma manera, las características optimizadas de ADN lógicamente apuntan a la obra de un ingeniero divino.

Esto es absolutamente cierto, pero es mucho más que simplemente la flexibilidad del ADN, que en sí mismo es increíble. Cientos de enzimas y otros componentes complejos están obligados a estar presentes en la formación de la primera célula viable de la que toda la vida puede proceder o para que el DNA sea capaz de funcionar, porque el ADN sólo lleva la información, pero no puede hacer nada por sí mismo. 

La mayoría de estas enzimas y componentes sirven para ninguna otra función o propósito excepto para el que fueron diseñados para ayudar en los procesos de traducción, transcripción y replicación del ADN. Dicho de otro modo, no podrían haber evolucionado a partir de otra fuente anterior (complejidad irreducible), y por supuesto el ADN ni siquiera fue formado aúnque lleva la información / modelo para estos componentes fueran hechos. Todo lo mencionado y tantas otras cosas complejas que no se mencionan, deben estar presentes y aparecer al mismo tiempo con el ADN y todas las funciones, cada porción de su función específica, todo apropiado y trabajando junto, desde el primer intento, porque de lo contrario, esa célula habría dejado de funcionar y por lo tanto simplemente ser separada en virtud de las leyes de la entropía y dejaria de existir. 

Esto significa literalmente miles de los componentes más complejos conocidos existiendo, todos deben venir a la existencia en un momento en el tiempo, todo ello como si se diseña con el propósito de trabajar en conjunto y en forma junto con el "propósito" singular de hacer posible la vida, de modo que primera la célula (primera vida) puede ahora comenzar a multiplicarse y producir otras células para que la vida pueda continuar. ¿Cuál es la "fe" necesaria para "creer" tal cosa es posible a través de "azar?" Los ateos hablan que los cristianos con "fe ciega": Ellos tienen que ejercer "fe ciega, pensamiento ciego, y  cabeza en la arena" todo combinado en una para creer que la primera célula de esta complejidad pueda ser desarrollada a través de la casualidad. (Sun Cha, 2016)

Recursos

“DNA Soaks Up Sun’s Rays” by Fazale Rana (Article)
The Cell’s Design by Fazale Rana (Book)
“The Cell’s Design: The Proper Arrangement of Elements” by Fazale Rana (Podcast)

Referencias

1. Huiqing Zhou et al., “m¹A and m¹G Disrupt A-RNA Structure through the Intrinsic Instability of Hoogsteen Base Pairs,” Nature Structure and Molecular Biology, published electronically August 1, 2016, doi:10.1038/nsmb.3270.
2. Duke University, “DNA’s Dynamic Nature Makes It Well-Suited to Serve as the Blueprint of Life,” Science News (blog), ScienceDaily, August 1, 2016,www.sciencedaily.com/releases/2016/08/160801113823.htm.
3. Reasons ORG