"DNA Machines: Bipedal Walker and Stepper"
La figura de abajo muestra la operación de
una máquina de ADN que funge como un “caminante”. La operación principal de éstas máquinas
envuelve la construcción de 4 plantillas de ácidos nucléicos en una placa de
ADN y una señal de activación para la molvilidad del caminante atado a dos de
las plantillas. El funcionamiento general básicamente es de 4 puntos
principales:
1.- Formación de un complejo
Timina(T)-Hg2+-Timina (T).
2.- Separación por cisteína (proceso
inverso).
3.- Disociación/formación de una
estructura “i-motif” por estimulación de H+ y OH-.
4.- El funcionamiento es regido por
las estabilidades relativas de los duplexes nucléicos y las plantillas.
La estructura del sistema está
conformada por cuatro 4 plantillas (1-4) en las cuales están adheridas
fluoróforos F1, F2, F3 y F4 en la
parte terminal de cada plantilla. 4 ácidos nucléicos complementarios (1´-4´). 2
hombros (6y7). Una placa de sostén (8) que sostendrá a los hombros. La placa de
sostén llevará adherido 2 quenchers Q1 y Q2 que estarán
pegados por las partes de los carbonos 3´y 5´.
En primer lugar, el estado inicial
del caminador es estabilizado por las plantillas I y II por hibirdación. Un
tratamiento de iones Hg2+ ocasiona la formación de un complejo de
coordinación T-Hg2+-T. La fuerza impulsora de la formación de éste
complejo está dada por la estabilidad de los enlaces T-Hg2+-T que
son más fuertes que los puentes de hidrógeno formados Timina-Citosina ó
Adenina-Guanina. EL proceso inverso involucra la adición de cisteína al sistema
lo que ocasionará que el caminante dé de nuevo un paso hacia atrás. La cisteína
es últil debido a que contiene un átomo de azufre que es muy afín al mercurio. Cuando el caminante
no pisa ciertas plantillas, se emitirá fluorescencia como puede observarse en
la figura superior. Dichas emisiones producidas, son observadas mediante
espectroscopia de UV. Cada emisión está
acompañada de un color que puede ser rojo, naranja, verde ó azul. El siguiente
paso es la adición de protones (pH=5.2) el cuál ocasionará el re arreglo de la
hebra 2´a una estructura “i-motif cuádruplex”. La adición de protones provocará
la ruptura de puentes de hidrógeno los cuáles darán el estímulo necesario para
que el caminante dé un paso. Finalmente el tratamiento con iones OH- provocará
una estabilización energética de la hebra lo que hará que el caminante dé un
paso hacia atrás.
En base a estos principios otras
estructuras pueden ser diseñadas de tal forma que funjan como engrantes que
puedan realizar movimientos horarios y anti horarios como se ve en la figura
inferior. Para éste caso, se aprecia una
estructura en forma de engrane la cuál contiene los siguientes elementos:
1.- ADN circular (9).
2.- 4 plantillas (V-VIII).
3.- 2 plantillas base (V y VI).
4.-
Hebras de sostén 10, 11, 12 y 13 las cuáles evitarán el colapso de la
estructura.
5.- Una plantilla de sostén (8) a la
cual serán adheridas los quenchers.
6.- Plantillas de sostén 14,15 y 16
las cuáles proveerán de un soporte general al sistema.
No
hay que olvidar que los quenchers absorben las radiaciones emitidas por los
fluoróforos, es por ello que cuando son puestos en contacto (una pisada) el
espectro UV muestra dicha parte “apagada”. Para ésta estructura se siguen los
mismos tratamientos que el caminante lo que hará que el círculo comience a
moverse.
Para más información consulte:
"DNA Machines: Bipedal Walker and Stepper"
Nano Lett. 2011, 11, 304—309.
Zhen-Gang Wang, Johann Elbaz and Itamar Willner.
DOI: 10.1021/nl104088s
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