Duas moléculas de ADN estão carregadas negativamente e, pelas leis da eletrostática, deveriam repelir-se. Mas dentro da célula são capazes de se aproximar quase até ao contacto, alinhar-se paralelamente e formar contactos estáveis.
Agora, os investigadores conseguiram, pela primeira vez, ver diretamente a estrutura dessa aproximação.
Cientistas das universidades de York e de Sheffield utilizaram microscopia de força atómica de alta resolução em meio líquido e combinaram-na com modelação computacional de dinâmica molecular. Nas imagens, duas duplas hélices de ADN dispunham-se lado a lado ao longo de várias voltas, e a sua geometria coincidia com uma precisão surpreendente: os sulcos maiores alinhavam-se em frente dos maiores, e os menores em frente dos menores.
O resultado era uma estrutura que faz lembrar um fecho de correr molecular.
Os iões tornam-se pontes
Neste processo desempenham um papel fundamental os iões metálicos divalentes — sobretudo de magnésio, cálcio e níquel.
Uma vez que o esqueleto fosfatado do ADN possui carga negativa, as duas moléculas repelem-se naturalmente. Os iões com carga positiva compensam parcialmente essa interação e podem formar autênticas pontes entre hélices vizinhas.
Mas o mecanismo revelou-se mais interessante do que uma simples «neutralização de carga».
A modelação mostrou que os iões são capazes de se posicionar dentro dos sulcos maiores e menores do ADN e de criar uma rede de contactos organizada espacialmente. Graças a isso, as duas hélices não só se aproximam — passam a ter a possibilidade de se alinhar uma em relação à outra numa determinada geometria.
Foi precisamente este modelo de «fecho de correr de ADN» eletrostático que, há cerca de vinte anos, o professor Alexei Kornyshev e os seus colegas propuseram. Até agora, permanecia em grande medida teórico.
Agora, os investigadores obtiveram a sua confirmação estrutural direta.
Nem todos os iões atuam da mesma forma
Metais diferentes criam tipos diferentes de contactos.
Os iões de níquel demonstravam interações mais localizadas com determinadas zonas do ADN. O magnésio e o cálcio formavam redes de ligações mais diversificadas e podiam participar em contactos tanto nos sulcos menores como nos maiores.
Isto significa que o ambiente químico é capaz de influenciar o grau de estabilidade com que duas moléculas de ADN permanecerão próximas e o modo como se orientarão uma em relação à outra.
No entanto, aqui é importante não ir demasiado longe: a experiência não mostra que o ADN reconheça por si só, e sem erro, uma sequência idêntica apenas graças aos iões.
Os investigadores observaram contactos tanto entre sequências semelhantes como entre sequências diferentes. Os autores supõem que a coincidência de sequências possa ajudar a manter o alinhamento correto e a propagar o contacto ao longo da molécula, mas este mecanismo ainda terá de ser estudado com mais pormenor.
Afinal, porque é que o ADN se aproxima?
Interações deste tipo podem ser importantes para processos fundamentais dentro da célula: a organização dos cromossomas, a interação de zonas do genoma e os mecanismos pelos quais as moléculas de ADN têm de encontrar e emparelhar sequências semelhantes.
O trabalho é também interessante para as nanotecnologias de ADN. Quanto melhor os investigadores compreendem que forças fazem duas hélices aproximar-se e como os iões influenciam esse processo, com maior precisão se podem projetar estruturas artificiais à base de ADN — por exemplo, construções de ADN-origami e outras nanoestruturas programáveis.
Mas, talvez, a parte mais interessante do estudo esteja noutro aspeto.
Ao nível molecular, a vida resolve constantemente problemas que, à primeira vista, parecem fisicamente impossíveis. Duas hélices com carga negativa deveriam afastar-se — e, em vez disso, ficam lado a lado, alinhando com precisão os seus sulcos.
E alguns iões minúsculos ajudam a transformar a repulsão num contacto ordenado.
