Pensándolo bien...

Los procesos centrales implicados en las funciones biológicas del ADN, como son la replicación, transcripción, desnaturalización y la intercalación molecular, comparten el hecho de que todo se inicia con la ruptura de enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases púricas y pirimidínicas que conforman los ácidos nucleicos. El estrés torsional de la molécula tiene como consecuencia un debilitamiento de los enlaces de hidrógeno, los más débiles, lo que implica un efecto final que supone el desdoblamiento de una parte de la doble hélice.

La molécula de ADN no es algo estático; ninguna molécula tiene esta condición, dado que el almacenamiento de la energía interna en los grados de libertad posibles, supone un movimiento constante de rotación, vibración y traslación. La vibración y, en general, las fluctuaciones se sitúan en el rango de nanosegundo a femtosegundo. La ruptura de los enlaces de hidrógeno se estima que proviene de los modos de vibración de baja frecuencia cuyo efecto es contraer y expandir la separación de las bases. Como los enlaces de hidrógeno no tienen la misma fortaleza todos, dado que los pares de bases adenina - timina y guanina – citosina, tienen enlaces de hidrógeno distintos estructuralmente y el empaquetado de ambas no es igual, las propiedades físicoquímicas del ADN inciden en las frecuencias de los movimientos en los que están implicadas, y en las propiedades estructurales de la doble hélice y su elasticidad, que depende directamente de la secuencia local en la región de que se trate. En esto se basa la propuesta de que el ADN tenga regiones donde se dan secuencias favorables para resonancias de modos vibracionales de baja frecuencia, que llegan a favorecer la separación de las bases, incluso a temperaturas fisiológicas.

A las condiciones, que se puedan generar por las características de los enlaces de hidrógeno, sumamos los efectos derivados del disolvente, y podrá darse que los ácidos nucleicos puedan reaccionar con mutágenos presentes en el entorno, mientras los intercaladores se benefician del aumento de la distancia interatómica para insertar entre las hebras del ADN. Ciertamente, además, esta separación a la que aludimos permite desdoblar las hebras y que dé comienzo la transcripción y la replicación. Hay sospechas fundadas de que es el propio ADN el que dirige su propia transcripción y éste es un mecanismo que lo posibilita.

La existencia en el ADN de los modos de vibración de baja frecuencia se basa en evidencias indirectas, como es la débil absorción de radiación del infrarrojo lejano si se compara con la fuerte absorción por el agua, lo que ha condicionado la investigación de esta región espectral. Recientemente, se ha identificado la absorción no térmica de la expresión génica en la región de terahercios. Las vibraciones de baja frecuencia se observan y se pueden estudiar mejor mediante las técnicas Raman, rayos X inelástico y dispersión inelástica de neutrones. La servidumbre es que se han estudiado preparaciones de ADN sólido, lo que modifica la dinámica y probablemente introduce modos correspondientes a fonones de baja frecuencia, asociados, precisamente a empaquetados cristalinos. Los experimentos con la dispersión inelástica de neutrones han mostrado una gran sensibilidad de la velocidad del sonido a la humedad relativa. En suma, que no se han llevado a cabo experimentos en condiciones fisiológicas y en disolución acuosa, salvo en un rango de frecuencias muy limitado, entre 10 y 35 cm^-1. Es de esperar que se produzca una deslocalización de los modos tipo fonón cuando los ácidos nucleicos están sumergidos en agua líquida.

Recientemente, se han aplicado técnicas como la espectroscopía de efecto Kerr óptico ultrarrápido, para analizar la presencia de modos tipo fonón deslocalizados en una proteína y evidenciar la relevancia en las funciones biológicas. En este caso se obtiene el espectro Raman despolarizado de baja frecuencia en el dominio del tiempo a partir del cual se obtiene el espectro mediante la transformación de Fourier numérica. En todo caso, cuando se aplican a medios líquidos las técnicas de dispersión inelástica, como Raman o de neutrones, a baja frecuencia      (< 1 THz) no son fiables, dado que hay una aportación muy importante de  la dispersión elástica Rayleigh que lo oscurece. La resolución es muy baja en la dispersión de neutrones o en Rayos X (en torno a 0.5 THz), lo que imposibilita una caracterización espectral por debajo de 1 THz. La espectroscopía de efecto Kerr aporta una resolución superior y no se ve enmascarada su señal con el pico de la dispersión elástica o Rayleig.  Si sumamos el hecho de que la señal del agua líquida es relativamente débil y se puede restar del espectro, permite estudiar los espectros de biomoléculas solvatadas. Es la única técnica fiable para las zonas espectrales de teraherzios y sub-teraherzios

Con esta técnica se han estudiado los modos vibracionales de baja frecuencia del ADN y se ha determinado el papel de los modos tipo fonón en los ácidos nucleicos en disoluciones acuosas. Las simulaciones empleando los modelos desarrollados mediante cálculos mecanocuánticos que llevamos a cabo hace un tiempo, se han visto corroborados por los experimentos en el que el apilamiento de los nucleótidos en disolución, incluso a bajas concentraciones, mientras que no forman enlace de hidrógeno entre ellos, como es el caso de la citosina, se han medido y se ha estudiado experimentalmente la influencia del apilamiento en el espectro de los ácidos nucleicos.