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Titolo: Tautomerismo e mutazioni.

Questo è un argomento su cui sto cercando di capire qualcosa, perché mi
è stato chiesto, da insegnanti di scienze di Pisa, di aiutarli a
interpretare le recenti ricerche sull'importanza di effetti
quantistici nei fenomeni in oggetto.
Ho fatto resistenza, dicendo che so poco di biologia, ancor meno di
chimica, ma mi hanno risposto che non è vero :-)
Resta il fatto che debbo ripartire dai principi primi, e mi rivolgo
qui perché i miei problemi credo siano soprattutto di chimica (organica
soprattutto).
 
Comincio a dire che cosa penso di aver capito, poi farò alcune domande.
Mi pare che il tautomerismo sia un'isomeria derivante dallo
spostamento di un protone (e di conseguenza di un elettrone) tra
gruppi funzionali diversi.
Sono interessato in particolare al tautomerismo delle basi del DNA.
(Faccio riferimento, per chi lo conosce, a "La fisica della vita", di
Al-Khalili e McFadden, Boringhieri; figure alla pag. 227, 238, 239.)
 
A quanto capisco, nel DNA la T (chetonica) forma con A due legami
idrogeno, tramite i gruppi adiacenti C=O e N-H.
Il primo si lega con un N-H di A, il secondo con un N di A.
Quindi nel primo legame il protone proviene da A, nel secondo da T.
Però può avvenire uno scambio: il protone del primo legame può passare
da A a T e il secondo da T ad A, dando luogo alle forme tautomeriche:
per T (enolica) il C=O diventa C-OH e N-H diventa N.
 
Se a questo punto ha luogo la separazione dei due "strands" (come dice
in italiano?) del DNA, in sede di replicazione diventa possibile per T
(enolica) formare *tre* legami idrogeno con la guanina G.
Ed ecco avvenuta una mutazione: nel nuovo strand G ha preso il posto
di A.
 
Ammesso che quello che ho scritto sia almeno vagamente corretto, ecco
una serie di domande.
 
1. I due tautomeri di una stessa molecola hanno proprietà chimiche
diverse, suppongo.
Per es. nel caso della timina, nel DNA si trova sempre la forma
chetonica?
 
2. Ci sono altri modi di conversione spontanea di un tautomero
nell'altro? (temperatura, condizioni del solvente, catalizzatori...)ù
 
3. Il legame a idrogeno, questo sconosciuto...
Io non ho mai capito come funziona.
Leggo (pag. 251) di una buca di potenziale per il protone, con due
minimi.
Se è così, ci sono dati su questa buca? (profondità, larghezze)
 
4. Immagino che i dati possano cambiare a seconda delle molecole
coinvolte.
Dove posso trovare maggiori informazioni?
 
Tutta la questione ruota attorno a quello che chiamano "effetto
tunnel" tra le due buche, che secondo me è un modo improprio di
affrontare il problema, ma questo ora importa poco.
 
Qualcuno forse ricorderà che anni fa (quanti?) posi un problema
analogo per un altro fenomeno: l'inversione di NH3 e delle amine o
fosfine.
Non me ne ricordo più niente, però.
Né di quello che scrissi io, né delle risposte e discussioni :-(
Allora l'interesse era una mia curiosità, mentre ora sembra si tratti
di un argomento di ricerca attiva.
Chi ne sa qualcosa?
 
In realtà nel libro che ho citato ci sono i riferimenti a diversi
articoli, ma
- non so se potrei trovarli
- se anche li trovassi, non avrei tempo di studiarli
- se pure ci provassi, dubito che arriverei a capirli.
Anche per questo chiedo aiuto :-)
-- 
Elio Fabri
 

 per T (enolica) il C=O diventa C-OH e N-H diventa N.
 
Io così su due piedi non ti so aiutare bene, però ho letto il libro che 
citi e a memoria me la ricordo in un modo un po' diverso.
La tautomeria cheto-enolica è una isomerizzazione intramolecolare, cioè 
uno stesso composto è presente con la forma chetonica e la forma enolica 
in equilibrio tra loro. Nella timina la forma chetonica è di gran lunga 
prevalente rispetto alla forma enolica, cioè l'equilibrio è fortemente 
spostato verso la forma chetonica.
La forma chetonica della timina si lega nella doppia elica alla adenina, 
mente la forma enolica della timina si lega prevalentemente con la 
guanina perché può formare tre legami idrogeno.
Se durante la replicazione la timina si trova casualmente nella forma 
enolica invece che in quella chetonica verrà accoppiata con la base 
guanina invece che con la canonica adenina.
In realtà le mutazioni hanno un tenore molto inferiore alla percentuale 
di forma enolica perché esiste un meccanismo enzimatico che corregge gli 
errori. Però nel libro si dice sono comunque superiori a quello che può 
essere giustificato dalla percentuale di forma enolica e dal meccanismo 
di correzione, e questo presuppone che durante la replicazione vi sia 
una certa quota di isomerizzazione dovuta all'effetto tunnel, cioè il 
protone non cambia di posto in maniera "classica" ma "quantistica".
Il mio problema è che non credo di avere capito bene per quale motivo 
l'isomerizzazione per effetto tunnel sfugge alla correzione e le normali 
percentuali di equilibrio no...
 
-- 
Saluti
VITRIOL

 percentuali di equilibrio no...
 
Sono andato a rileggere velocemente, ma non mi è chiarissimo lo stesso.
Forse la tautomeria a effetto tunnel si verifica solo nel momento che 
l'enzima va a "leggere" il DNA, visto che fa riferimento a un capitolo 
precedente dove spiega che l'effetto tunnel è importante nello 
spostamento dei protoni negli enzimi.
Normalmente invece il rapporto cheto-enolico è regolato dalla 
termodinamica ed evidentemente soggetto alla decoerenza, della quale è 
tanto fissato l'autore :-)
 
-- 
Saluti
VITRIOL

 Anche per questo chiedo aiuto :-)
 
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 
 
---
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 forse mi espongo a un rischio ... ci penso un po' su
Grazie, ma non ti preoccupare.
Nel frattempo Giorgio Pastore mi ha mandato 4 articoli: oltre quello di
Kryachko di cui parlo sopra, uno di Al-Khalili e McFadden (gli autori
del libro); poi quello originale di Loewdin (del 1963) e infine uno di
Truhlar et al., che parla però di un altro argomento: effetti
quantistici nella cinetica degli enzimi.
 
Resta il fatto che tra 10 giorni dovrei parlare sull'argomento, come
ho già detto.
Però più passa il tempo e meno so che c... potrei dire :-)
 
 
-- 
Elio Fabri
 

 Però più passa il tempo e meno so che c... potrei dire :-)
 
Prova a leggere questi:
 
 
http://www.physics.drexel.edu/~bob/Term_Reports/Megan_Wolfe.pdf
 
    Quantum Tunneling in DNA
 
 
http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/33305.pdf
 
    Elementary Molecular Mechanisms of the Spontaneous Point Mutations
    in DNA: A Novel Quantum-Chemical Insight into the Classical
    Understanding
 
Bye,
 
   *GB*

 Prova a leggere questi:
Mi accorgo che non ti ho ringraziato.
Ma il mio problema non era la carenza d'inormazioni, anzi l'opposto...
Era (è) di capirci qualcosa, metterci ordine, che cosa far entrare nel
tempo disponibile.
 
Comunque li ho aggiunti agli altri che avevo.
Poi magari martedì vi farò sapere quanti fischi ho ricevuto :-)
 
 
-- 
Elio Fabri
 


 
 
-- 


 sono expired :/
 
Bentornato, Soviet Mario! :-) La tua assenza faceva temere problemi
di salute... ma per fortuna tua e nostra non sei fisicamente expired.
 
Bye,
 
   *GB*