Propiedades eléctricas y ópticas del ácido desoxirribonucleico

Abstract

Las soluciones macromoleculares se convierten en birrefringentes y dicroicas al aplicar sobre ellas un campo eléctrico externo. Tanto la birrefringencia como el dicroísmo eléctricos se deben a que las moléculas en solución tienen, en general, propiedades ópticas anisotrópicas, y a que el campo eléctrico induce para éstas una orientación preferencial en el espacio. En el presente trabajo se estudia la birrefringencia y el dicroísmo eléctricos de fragmentos de la molécula ácido desoxirribonucleico (ADN) en solución salina. Se proponen tres objetivos específicos que, aunque se definen en términos de aplicaciones al ADN, contribuyen al desarrollo de las teorías electro-ópticas y a su aplicación a soluciones macromoleculares en general. El primer objetivo es analizar el efecto de la electroforesis junto con el acoplamiento hidrodinámico traslación-rotación de moléculas rígidas sobre la birrefringencia y el dicroísmo eléctricos del ADN. A tal fin se resuelve la ecuación de Fokker-Planck del sistema y se obtiene la función de distribución orientacional de las moléculas al aplicar el campo eléctrico, una vez alcanzado el estado estacionario. Los resultados obtenidos muestran que el acoplamiento hidrodinámico influye en las señales electro-ópticas en un amplio rango de intensidades de campo eléctrico, aunque resulta particularmente importante para intensidades relativamente bajas. Los desarrollos teóricos realizados se utilizan para ajustar datos experimentales de dicroísmo eléctrico de soluciones de ADN sonicado. El segundo objetivo consiste en estudiar el efecto del tamaño finito de las moléculas con respecto a la longitud de onda de la luz sobre las propiedades ópticas del ADN. El estudio se realiza utilizando la aproximación de dipolos discretos para describir las propiedades ópticas de las moléculas. Los resultados demuestran la importancia de incluir la inhomogeneidad del campo eléctrico de la luz incidente a través de las partículas y las interacciones intramoleculares, para estudiar cómo las diferentes partes de una molécula contribuyen a las propiedades ópticas de la misma. El tercer y último objetivo es estudiar la orientación de fragmentos de ADN en un campo eléctrico con métodos de simulación computacional. En virtud de la relativamente baja capacidad de cálculo que requiere, en este trabajo se optó por utilizar simulación dinámica de Langevin. Las moléculas se describen mediante un modelo simple constituido por una cadena de subunidades esféricas unidas mediante potenciales elásticos. Se introduce una función de orientación que describe el orden orientacional de las moléculas al aplicar un campo eléctrico. Los resultados muestran como el grado orientacional incrementa con la intensidad del campo eléctrico y como este orden tiende hacia la saturación.