Em formação

O DNA tem carga negativa. Onde está toda a carga positiva em meu corpo?


O DNA tem carga negativa por causa de sua estrutura de fosfato. Uma vez que as cargas precisam ser equilibradas (de modo que não haja cargas se acumulando em algum lugar), qual é a carga positiva que neutraliza essa carga negativa?


O DNA no corpo não está disponível como uma molécula livre, ele é organizado em torno de proteínas de ligação ao DNA, principalmente os octâmeros das histonas. Essas proteínas carregam cargas positivas (principalmente das cadeias laterais de lisina) que interagem com a estrutura de fosfato do DNA. É como na figura abaixo, as cargas desempenham um papel importante no acondicionamento compacto. Veja aqui para mais detalhes.

A carga (ou a neutralização temporária em alguns pontos do DNA) também é importante para a regulação do DNA. A acetilação neutraliza a cauda da histona e afrouxa a estrutura da proteína do DNA (veja aqui para mais informações).

Íons carregados positivamente não desempenham um papel na neutralização da carga de DNA em células vivas (isso é diferente para precipitações), pois ambos são solubilizados e divididos em íons. A concentração de íons carregados positivamente, como sódio e potássio, são rigidamente controlados pelas células, pois são importantes para a função dos transportadores (por exemplo, os transportadores de sódio-glicose e outros) ou para manter os potenciais de membrana. Mover os íons, que precisam neutralizar a carga de DNA, levaria a um núcleo polarizado.


Suas células têm uma alta concentração de íons de sódio que são positivos. Outros cátions importantes são o potássio e o cálcio. Além disso, muitos aminoácidos são carregados positivamente em pH fisiológico. O DNA não é a única fonte de carga negativa em seu corpo, outros aminoácidos são negativos e a maioria das superfícies celulares também são negativas. As interações entre as espécies carregadas desempenham um papel importante em muitos processos bioquímicos, mas no final do dia, e para todo o organismo, as cargas estão todas bastante equilibradas.


A carga negativa no DNA está localizada em átomos de oxigênio individuais no DNA. Essa carga negativa é equilibrada por íons positivos no corpo.

No caso de um ímã ou moléculas com um dipolo, as linhas de campo magnético negativas e positivas se alinham para produzir um campo magnético geral. O DNA tem muitos pequenos momentos de dipolo, mas nenhum em toda a molécula.

No caso de um neurônio, um excesso de carga negativa dentro da célula e carga positiva fora da célula é mantido pelo gradiente de difusão de potássio e sódio através de uma membrana. Um potencial elétrico geral não é criado com DNA.


Fundo

Alguma química básica, mas legal. [1]
O DNA é a maior molécula conhecida. Uma única fita ininterrupta de DNA animal ou vegetal contém milhões de átomos. [2] O DNA de uma única célula humana (diplóide), se os 46 cromossomos fossem conectados de ponta a ponta e endireitados, teria um comprimento de aproximadamente 2 metros e uma largura de aproximadamente 2,4 nanômetros. [3]

Liberando o DNA.
No processo de extração de DNA, o primeiro passo é liberar o DNA das células de um organismo vivo. Detergentes e sabonetes são usados ​​para (1) dissolver os lipídios das membranas celulares e do envelope nuclear, liberando o DNA, e (2) quebrar proteínas que podem prejudicar o DNA. (As enzimas também podem ser usadas para quebrar as proteínas.) [2]

Agrupando o DNA.
Quando o DNA é liberado de uma célula, ele normalmente se divide em fragmentos de fita curta. O DNA liberado - altamente solúvel em água porque o grupo fosfato de cada nucleotídeo carrega uma carga negativa - se dissolve na água. No entanto, os íons de sódio carregados positivamente do sal na solução de extração são atraídos para os grupos fosfato carregados negativamente na estrutura do DNA, neutralizando efetivamente a carga elétrica do DNA.

Essa neutralização permite que as moléculas de DNA se agreguem. Quando o álcool é adicionado, o DNA se aglomera e precipita na interface água / álcool porque o DNA não é solúvel em álcool. A camada colorida de líquido acima da solução celular conterá DNA e proteínas. O DNA então se moverá para uma camada de álcool cuidadosamente colocada acima da água. O DNA não permanece dissolvido no álcool, mas precipita-se e aparece como uma massa pegajosa branca. [4]

Enrolando o DNA em uma vara.
O álcool permite que os fragmentos de DNA se colem ou se precipitem, produzindo uma bolha de DNA que você pode examinar. O precipitado de DNA pode ser capturado em um gancho ou enrolado em uma vara de madeira, colocando a ferramenta no DNA e girando-a. Se você quiser salvar seu DNA, pode transferi-lo para um pequeno recipiente cheio de álcool. [2]


Teste de DNA rápido e de baixo custo

O professor Lewis Rothberg, do Departamento de Química da Universidade de Rochester, recebeu uma bolsa do NYSTAR em agosto de 2006 para continuar trabalhando em uma descoberta recente de Huixiang Li, um pesquisador associado de seu grupo: como testar rapidamente o DNA para melhorar nossa saúde e ter certeza de que estamos beber água limpa e comer alimentos não contaminados.

Na verdade, seu novo método pode ser usado para ajudar laboratórios forenses a identificar criminosos, testar lagoas e piscinas antes que as crianças nadem nelas e identificar sequências genéticas prejudiciais em pesquisas médicas, para citar apenas algumas aplicações. O procedimento inovador de Rothberg identifica de forma rápida e econômica sequências genéticas em qualquer amostra de DNA.

A tecnologia é um novo ensaio de triagem de DNA fluorescente, que determina rapidamente se sequências de DNA específicas estão presentes em um analito. Em termos simples, o analito contém as sequências alvo de DNA, bem como outras sequências de DNA, e o ensaio filtra apenas os alvos. O ensaio do professor Rothberg é baseado nas propriedades eletrostáticas do DNA.

O princípio subjacente ao método é que o DNA de fita simples e o DNA de fita dupla têm afinidades significativamente diferentes para se ligar a nanopartículas de ouro carregadas ionicamente. Como os íons têm cargas elétricas, tendo ganho ou perdido elétrons, eles atraem seus opostos. Um ânion com carga elétrica negativa atrairá cargas positivas, um cátion com carga positiva atrairá cargas negativas. O DNA de fita simples adsorve em íons citrato negativamente carregados nas nanopartículas de ouro, enquanto o DNA de fita dupla não. Dado que tanto o DNA de fita simples quanto de fita dupla são (nominalmente) carregados negativamente, este fenômeno comprovado intriga o grupo de pesquisa.

O novo ensaio determina se uma sequência de sonda curta marcada com fluorescência de DNA de fita simples corresponde a uma sequência no analito alvo. Quando isso não acontece, a sonda marcada com fluorescência se adsorve em uma nanopartícula de ouro e sua fluorescência é extinta. Se a sequência da sonda for capaz de hibridizar com o alvo, ela não será adsorvida no ouro e sua fluorescência persiste.

O novo método é simples e eficaz. Custa muito pouco e é muito rápido.

O método mais difundido e comum de triagem de DNA é chamado de eletroforese em gel. Cada teste leva 1 hora e pode custar até US $ 1,00. Configurar um laboratório para eletroforese em gel requer um gasto de capital de $ 5.000. Em contraste, a técnica do Professor Rothberg requer apenas 5 minutos e custa aproximadamente 0,05 (literalmente cinco centavos) por teste. O gasto de capital para montar um laboratório com a nova técnica é de apenas US $ 600.

Veja como o procedimento do professor Rothberg é feito:

Etapa 1. Hibridização. Isso leva 10 segundos e custa 0,025.

Etapa 2. Adicione o colóide de ouro à solução de hibridização. Isso leva 10 segundos e custa 0,02.

Etapa 3. Adicione sal à solução. Isso leva 10 segundos e custa 0,01.

Etapa 4. Meça a fotoluminescência. Isso leva 1 minuto.

É tão simples como isso, mas ninguém nunca fez isso antes. O método é tão novo que a Universidade de Rochester entrou com seu pedido de patente em 2004 e 2006. Em maio de 2005, o professor Rothberg criou uma empresa chamada Diffinity Genomics, Inc. com dois sócios para estudar e comercializar sua técnica.

O método do professor Rothberg faz parte de um processo muito maior que analisa o DNA. Primeiro, um técnico extrai o DNA do sangue, tecido ou alimento. Isso normalmente leva até uma hora. Em segundo lugar, geralmente não há DNA suficiente para analisar, então ele deve ser amplificado quimicamente. Isso também leva aproximadamente uma hora. O novo processo vem após essas duas etapas, economizando uma hora final de trabalho para o técnico, que normalmente estaria fazendo a eletroforese em gel.

Talvez mais importante do que a economia de tempo e dinheiro, o novo método funciona para determinar mutações de base única no DNA, enquanto os géis não podem fazer isso sem processamento adicional. O professor Rothbergs conclui: "Isso pode ser muito importante para aplicações em medicina personalizada, onde uma sequência de DNA específica será ligada a uma terapia prescrita. Na verdade, já vemos isso acontecendo."

Fonte da história:

Materiais fornecidos por Universidade de Rochester. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


O ânodo e o cátodo são definidos pelo fluxo de corrente. No sentido geral, a corrente se refere a qualquer movimento de carga elétrica. No entanto, você deve ter em mente a convenção de que a direção atual é de acordo com onde um positivo a carga se moveria, não uma carga negativa. Então, se os elétrons realmente em movimento em uma célula, a corrente corre na direção oposta. Por que é definido dessa forma? Quem sabe, mas esse é o padrão. A corrente flui na mesma direção que os portadores de carga positiva, por exemplo, quando íons ou prótons positivos carregam a carga. A corrente flui na direção oposta aos portadores de carga negativa, como os elétrons nos metais.

  • O cátodo é o eletrodo carregado negativamente.
  • O cátodo atrai cátions ou carga positiva.
  • O cátodo é a fonte de elétrons ou um doador de elétrons. Pode aceitar carga positiva.
  • Como o cátodo pode gerar elétrons, que normalmente são as espécies elétricas que fazem o movimento real, pode-se dizer que os cátodos geram carga ou que a corrente se move do cátodo para o ânodo. Isso pode ser confuso, porque a direção da corrente seria definida pela maneira como uma carga positiva se moveria. Lembre-se de que qualquer movimento de partículas carregadas é corrente.

O DNA tem carga negativa. Onde está toda a carga positiva em meu corpo? - Biologia


Benefícios da máquina E-Power incluem alívio da dor, horas de energia, propriedades antienvelhecimento e rejuvenescimento da pele, aumento de íons negativos (cientificamente comprovado para aliviar a depressão e neurose), melhoria da função e reparo celular, promoção do equilíbrio do pH, desintoxicação celular e eliminação aprimorada.

Recarregue e dê energia ao seu corpo!
Basicamente, seu corpo é uma bateria gigante que precisa ser recarregada para funcionar corretamente (o mesmo princípio de seu telefone celular), e é aí que entra a sofisticação da terapia com máquina E-Power, explicada em detalhes abaixo .


O E-Power é uma cura moderna que usa tecnologia avançada criado no Japão (introduzido pela primeira vez fora da Ásia há mais de 20 anos), conhecido como eletroterapia ou eletroterapia, também conhecido como PEMF.

Esta máquina de terapia PEMF (campo eletromagnético pulsado), não apenas aumenta o potencial elétrico negativo do corpo, mas desencadeia a liberação de serotonina e promove a ativação de ATP, resultando em energia duradoura, comunicação e conexão celular, melhora da elasticidade da pele e produção de colágeno, alívio da dor física devido aos circuitos bloqueios, uma sensação perceptível e profunda de bem-estar e muito mais dependendo dos desafios de saúde individuais específicos.

Tire uma soneca, desestresse e divirta-se.


Rússia, Alemanha e Japão são os atuais especialistas em eletroterapia - um método futurístico de cura energética que está disponível hoje e pode ser usado por qualquer pessoa no mundo todo, no conforto de casa.

Medicina oriental combinada
com a Western Technology.

Relaxe, leia um livro, assista TV
e deixe o E-Power fazer isso.

Histórico da Máquina E-Power:

O campo elétrico da natureza cria íons negativos,
terapia eletromagnética natural.

A máquina E-Power gera o mesmo
efeitos terapêuticos via eletroterapia.

Íons negativos são basicamente íons de oxigênio com um elétron extra ligado, produzidos por moléculas de água, que purificam o ar e matam os germes.

Íons negativos e campos elétricos:
Você já se perguntou por que amamos relaxar perto do oceano ou sentar perto de uma cachoeira, andar de barco em um lago ou correr ao longo de um rio? É porque eles são um campo elétrico energético, cheio de íons negativos, também encontrados em planaltos e terras altas como aqueles na Rússia, China, Paquistão e Equador, onde as tribos têm longevidade significativamente mais longa. Esses íons negativos nos curam à medida que nos elevam mentalmente, emocionalmente e fisicamente e ativam a serotonina (a substância química para se sentir bem) dentro do corpo.

Edifícios com ar-condicionado, espaços com iluminação fluorescente, quartos com fumaça de cigarro, casas aquecidas e ambientes abafados contêm de mínimo a zero íons negativos, o que promove problemas de saúde, incluindo dores de cabeça, falta de energia e letargia, névoa mental, depressão, apatia, pele seca e desidratação.

Recarregue seu corpo por meio da natureza: Da próxima vez que você se sentir deprimido, sente-se à beira do oceano, de um rio ou de uma cachoeira e deixe a natureza acalmá-lo, elevá-lo e curá-lo. Da próxima vez que estiver perto da terra, grama ou areia, tire os sapatos e ande descalço, o que aumentará seus íons negativos , eleve o seu espírito, energize o seu corpo e promova a cura, o relaxamento e o equilíbrio interior.

Para sua informação: Aumente o nível de íons negativos em sua casa e escritório, introduzindo uma fonte de água e plantas vivas.

A máquina E-Power é um energizador de corpo potencial negativo.

O que é um 'Potencial negativo'?
Existem cerca de sessenta trilhões de células em seu corpo, e cada célula tem 30-40 microvoltagens, portanto, o "potencial elétrico" total é enorme, 24.000.000.000+.

Cada célula tem um potencial de carga positivo ou negativo:

Uma célula com carga positiva pode ser prejudicial.
Nutrientes, oxigênio e H2O não podem penetrar na célula.
Resíduos e dióxido de carbono permanecem presos dentro da célula.
A célula recebe sódio + / hidrogênio + em excesso

Uma célula com carga negativa permite.
Nutrientes, oxigênio e H2O penetram na célula - são liberados resíduos e dióxido de carbono.

BEN E ENCAIXA:


Todos nós temos uma potencial 'conta bancária' negativa:

a) As crianças têm aprox. 70-90 milivolts de potencial negativo - eles têm toneladas de energia.
b) Os doentes e fatigados têm menos de 60 milivolts - têm falta de energia e têm dores.
c) Os idosos têm ainda menos. Quando as células morrem, há zero milivolts.
d) Câncer e doença equivalem a 15 milivolts.

A máquina E-Power aumenta o potencial elétrico negativo no corpo, aumenta as reservas de oxigênio, estimula o metabolismo, apoia o sistema imunológico, reduz o açúcar no sangue, resultando em saúde e revitalização aumentadas. O corpo reage à energia potencial negativa e começa a remover ácidos dos sedimentos, impurezas, triglicerídeos e colesterol, que aderem às paredes das artérias. À medida que o E-power aumenta o potencial elétrico e a permeabilidade celular, ele limpa o sangue e equilibra o pH.

Os íons negativos eliminam potencialmente os radicais livres dentro do corpo humano e mantêm os fluidos corporais em uma condição alcalina fraca.

"Usando o corpo como um capacitor, a máquina E-Power gera 70 KHz de ondas elétricas de alta frequência, para a dor aguda para estimular as fibras sensoriais. Conforme o E-Power aumenta a temperatura da pele subcutânea, a energia potencial negativa se espalha por todo o corpo , criando um campo elétrico harmonioso.

Energia potencial negativa com alta frequência equilibra as funções de cátions (íons carregados positivamente) e ânions (íons carregados negativamente) em ambos os lados da membrana celular. Isso promove um metabolismo mais rápido e ajuda na construção de imunidade. "- Extrato adaptado de HTE.

O oceano tem abundância
de íons carregados negativos.

Evite contato pesado com EMFs - telefones celulares,
computadores - que criam íons positivos prejudiciais.

Potencial negativo, mitocôndrias e ATP:

1) Dentro de cada célula, existem "fábricas de energia" chamadas mitocôndrias (encontradas em quase todas as células, exceto nos glóbulos vermelhos), que produzem 90% ou mais ATP (trifosfato de adenosina), uma fonte de energia principal para a maioria das funções celulares e musculares, incluindo o síntese de DNA.

A falha da mitocôndria causa lesão celular que leva à morte celular, o que significa produção reduzida de ATP, resultando em doenças físicas e neurológicas. O envelhecimento é parcialmente devido à falta de ATP, pesquisado e atestado por cientistas de todo o mundo.

O potencial negativo ativa a enzima ATP e auxilia na composição do ATP, que está continuamente sendo quebrado e re-sintetizado a cada momento, produzido por um conjunto de reações e quase imediatamente consumido por outro.

O ATP transporta energia química dentro das células para o metabolismo e, portanto, é uma energia essencial para o corpo sobreviver. O ATP é usado para construir moléculas complexas, contrair músculos e gerar eletricidade nos nervos. Sem ATP, a vida como a entendemos não poderia existir.

2) Cada célula do corpo tem uma bomba de sódio-potássio que é ativada pelo ATP e crítica para o bom funcionamento do sistema linfático. Cada célula deve permanecer carregada negativamente para que a bomba de sódio / potássio funcione corretamente, permitindo que os nutrientes entrem e os resíduos saiam. Se a carga negativa diminui, ela afeta o ATP e, portanto, a bomba de sódio / potássio e, portanto, compromete a célula.

PARA SUA INFORMAÇÃO: Uma observação interessante é que pacientes com fibromialgia apresentam baixo ATP, promovido por deficiências nutricionais.


A Máquina E-Power para Saúde e Beleza:



Benefícios anti-envelhecimento e para a pele.

Envelhecimento lento: Todos nós queremos ser saudáveis, retardar o envelhecimento e permanecer com energia. A máquina E-Power trabalha para promover e apoiar esses desejos. Muitos usuários em todo o mundo relataram mudanças perceptíveis, incluindo pele mais firme e macia, pescoço mais apertado (pele flácida) e linha do maxilar mais bem definida (papada).

Máscara facial de folha: Homens e mulheres descobriram resultados superiores usando uma máscara de lençol com a máquina E-Power - sessão de 30 minutos em configuração baixa ou média. A máquina funciona para permitir uma maior absorção dos ingredientes da máscara, beneficiando assim a aparência facial, textura da pele, elasticidade e firmeza.

Eliminação de toxinas: A máquina E-Power apóia a capacidade de recuperação do corpo, promovendo a reativação celular eletromagnética, rejuvenescimento e bem-estar em vários níveis - incluindo a promoção de evacuações e energia que promovem uma pele saudável e uma vibração jovem. A máquina atua nas células musculares do sistema digestivo para uma digestão mais rápida, amolecendo os resíduos duros e estimulando o intestino a aumentar o trânsito intestinal, ajudando assim a eliminar a prisão de ventre, eliminando assim as toxinas, que sustentam uma tez límpida e brilhante.

Aumento da produção de colágeno: A estimulação elétrica em alta frequência de células a uma taxa de 70.000 vezes por segundo (70 kHz), ajuda a pele a recuperar sua elasticidade aumentando o colágeno e o ácido hialurônico e acelera o processo de desintoxicação da pele, melhorando assim a aparência e a saúde celular.

Uso diário consistente de 30 dias ou mais promove a pele mais macia, diminui as linhas e foi relatado por usuários nos EUA e no Canadá como promotor de um endurecimento da linha da mandíbula.


O DNA é dinâmico e tem alta energia, não rígido ou estático como previsto pela primeira vez

A interação representada produziu a famosa explicação da estrutura do DNA, mas o modelo retratado é um instantâneo rígido do DNA idealizado. Como pesquisadores do Baylor College of Medicine e da University of Houston observam em um relatório que aparece online na revista Pesquisa de ácidos nucléicos, O DNA não é rígido ou estático. É dinâmico com alta energia. Ele existe naturalmente em um estado ligeiramente underwound e seu status muda em ondas geradas por funções celulares normais, como replicação de DNA, transcrição, reparo e recombinação.

O DNA também é acompanhado por uma nuvem de contra-íons (partículas carregadas que neutralizam a carga muito negativa do material genético) e, é claro, as macromoléculas de proteína que afetam a atividade do DNA.

"Muitos modelos e experimentos foram interpretados com o modelo estático", disse a Dra. Lynn Zechiedrich, professora associada de virologia molecular e microbiologia da BCM e autora sênior do relatório. "Mas este modelo não permite o fato de que o DNA na vida real é transitoriamente prejudicado e sobreposto em seu estado natural."

O DNA parece uma mola perfeita que pode ser esticada e, em seguida, voltar à sua conformação original. Até onde você pode esticá-lo antes que algo aconteça com a estrutura e ela não possa se recuperar? O que acontece quando ele é exposto a estresses celulares normais envolvidos no desempenho de seu trabalho? Esse foi o problema que Zechiedrich e seus colegas resolveram.

Seus resultados também abordam uma questão colocada por outro ganhador do Prêmio Nobel, o falecido Dr. Linus Pauling, que perguntou como a informação codificada pelas bases poderia ser lida se fosse sequestrada dentro do DNA molecular com moléculas de fosfato do lado de fora.

É fácil explicar quando a célula se divide porque o DNA de fita dupla também se divide a pedido de uma enzima especial, tornando seu código genético prontamente legível.

"Muitas atividades celulares, no entanto, não envolvem a separação das duas fitas de DNA", disse Zechiedrich.

Para desvendar o problema, o ex-aluno de graduação, Dr. Graham L. Randall, orientado conjuntamente por Zechiedrich e Dr. B. Montgomery Pettitt de UH, simulou 19 sistemas independentes de DNA com graus fixos de underwinding ou overwinding, usando uma análise de computador especial iniciada por Petttitt.

Eles descobriram que quando o DNA é enrolado da mesma maneira que você pode rebater uma mola, as forças induzem uma das duas bases & ndash adenina ou timina & ndash a "saltar" da sequência, aliviando assim o estresse que a molécula experimenta.

"Isso sempre acontece no estado underwound", disse Zechiedrich. "Queríamos saber se o estresse de torção foi a força responsável pela inversão da base que outros viram ocorrer, mas para a qual não tínhamos ideia de onde a energia foi fornecida para fazer este trabalho tão grande."

Quando a base vira, ela alivia o estresse no DNA, que então relaxa o resto do DNA não envolvido na base, voltando ao seu estado de "mola perfeita".

Quando a molécula é enrolada, ela assume um estado de "DNA semelhante ao de Pauling", no qual o DNA se vira do avesso para expor as bases - muito da maneira que Pauling previra.

Zechiedrich e seus colegas teorizam que a inversão da base, a desnaturação e o DNA do tipo Pauling causados ​​por sub e overwinding permitem que o DNA interaja com proteínas durante processos como replicação, transcrição e recombinação e permite que o código seja lido. E de volta à ideia do comportamento da "mola perfeita" da hélice do DNA - "Essa noção está totalmente errada", disse Zechiedrich. "Underwinding não é igual e oposto a overwinding, como previsto, não por um longo tiro, esse é um resultado muito legal que Graham conseguiu."

O apoio para este trabalho veio da Fundação Robert A. Welch, dos Institutos Nacionais de Saúde e do Centro Keck para Treinamento Interdisciplinar em Biociências dos Consórcios da Costa do Golfo. Os cálculos foram realizados em parte usando o Teragrid e o Molecular Science Computing 85 Facility no Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais William R. Wiley, patrocinado pelo Escritório de Pesquisa Biológica e Ambiental do Departamento de Energia dos EUA e localizado no Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico.

Fonte da história:

Materiais fornecidos por Baylor College of Medicine. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


Eletroforese em Gel

Como os ácidos nucléicos são íons carregados negativamente em pH neutro ou alcalino em um ambiente aquoso, eles podem ser movidos por um campo elétrico. Eletroforese em gel é uma técnica usada para separar moléculas carregadas com base no tamanho e na carga. Os ácidos nucleicos podem ser separados como cromossomos inteiros ou como fragmentos. Os ácidos nucléicos são carregados em uma fenda em uma extremidade de uma matriz de gel, uma corrente elétrica é aplicada e moléculas carregadas negativamente são puxadas em direção à extremidade oposta do gel (a extremidade com o eletrodo positivo). Moléculas menores se movem através dos poros no gel mais rápido do que moléculas maiores. Essa diferença na taxa de migração separa os fragmentos com base no tamanho. Os ácidos nucléicos em uma matriz de gel são invisíveis até serem corados com um composto que permite sua visualização, como um corante. Fragmentos distintos de ácidos nucléicos aparecem como bandas a distâncias específicas do topo do gel (a extremidade do eletrodo negativo) que são baseadas em seu tamanho (Figura 3) Uma mistura de muitos fragmentos de tamanhos variados aparece como um esfregaço longo, enquanto o DNA genômico não cortado é geralmente muito grande para passar pelo gel e forma uma única banda grande na parte superior do gel.

Figura 3: São mostrados fragmentos de DNA de seis amostras executadas em um gel, coradas com um corante fluorescente e visualizadas sob luz ultravioleta. (crédito: modificação do trabalho de James Jacob, Tompkins Cortland Community College)

O DNA tem carga negativa. Onde está toda a carga positiva em meu corpo? - Biologia

Os alunos iniciantes em biologia são apresentados às macromoléculas da célula (proteínas, ácidos nucléicos, lipídios e carboidratos) como sendo os atores-chave na função celular. O que é perturbadoramente enganador nessa imagem é que ela não faz referência às muitas espécies de íons sem as quais as células não poderiam funcionar. Os íons têm uma grande variedade de funções nas células. Vários dos nossos favoritos incluem o papel dos íons na comunicação elétrica (Na +, K +, Ca 2+), como cofatores no ditado da função da proteína com classes inteiras de metaloproteínas (constituindo por algumas estimativas pelo menos ¼ de todas as proteínas) em processos que variam da fotossíntese à respiração humana (Mn 2+, Mg 2+, Fe 2+), como um estímulo para sinalização e ação muscular (Ca 2+), e como base para configurar potenciais transmembrana que são então usados ​​para alimentar processos-chave como a síntese de ATP (H +, Na +).

Figura 1: Composição iônica em organismos mamíferos. Três regiões distintas são caracterizadas: o interior celular (“fluido intracelular”), o meio entre as células (“fluido intercelular”) e o plasma sanguíneo que está fora do tecido, além da parede capilar. O eixo y está em unidades de concentração iônica chamadas de Eq para “equivalentes”, que são iguais à concentração de íons multiplicada por sua carga absoluta. Essas unidades facilitam a verificação de que a quantidade total de carga positiva e negativa é igual em cada compartimento, de acordo com o princípio da eletro-neutralidade. Mesmo que não seja evidente na figura, as concentrações totais de soluto livre (soma das concentrações de ambos os componentes positivos e negativos, sem levar em consideração sua carga) são as mesmas no fluido intracelular e intercelular. Isso reflete que os dois compartimentos estão em equilíbrio osmótico. (Adaptado de O. Andersen, "Cellular electrolyte metabolism" em Encyclopedia of Metalloproteins, Springer, pp. 580-587, 2013, BNID 110754.

Um censo das cargas iônicas em uma célula de tecido de mamífero, bem como no meio aquoso intercelular circundante no tecido, é mostrado na Figura 1 nos painéis esquerdo e do meio. A figura também mostra a composição de outro fluido corporal, o plasma sanguíneo, que é separado dos tecidos pelas paredes dos capilares. A figura deixa claro que em cada região a soma das cargas de íons negativos é igual à soma das cargas positivas com uma precisão muito alta. Isso é conhecido como a lei da eletroneutralidade. Os desvios relativamente pequenos que podemos esperar são quantificados na vinheta em “Qual é a diferença de potencial elétrico entre as membranas biológicas?”. A Figura 1 também mostra que a composição iônica do sangue é muito semelhante à do líquido intersticial. No entanto, a composição do interior da célula é marcadamente diferente do meio fora da célula. Por exemplo, o íon positivo dominante dentro da célula é o potássio com uma concentração que é mais de 10 vezes maior do que a do sódio. Fora da célula, a situação se inverte com o sódio como íon positivo dominante. Essas e outras diferenças são cuidadosamente controladas por canais e bombas e discutiremos um pouco de sua importância funcional a seguir.

Tabela 1: Concentrações iônicas na água do mar, uma célula de bactéria e levedura, dentro de uma célula de mamífero e no sangue. As concentrações estão todas em unidades de mM. Os valores são arredondados para um dígito significativo. Salvo indicação em contrário, a concentração é total incluindo íons livres e ligados. Observe que as concentrações podem mudar em mais de uma ordem de magnitude, dependendo do tipo de célula e das condições fisiológicas e ambientais, como a osmolaridade média ou pH externo. As concentrações de Na + são especialmente difíceis de medir devido ao aprisionamento e aderência de íons às células. A maioria dos íons Mg2 + está ligada ao ATP e outros componentes celulares. Mais BNIDs usados ​​para construir a tabela: 104083, 107487, 110745, 110754.

Os canais de íons servem como barreiras passivas que podem ser abertas ou fechadas em resposta a estímulos ambientais, como voltagem através da membrana, concentração de ligantes ou tensão da membrana. As bombas, em contraste, usam energia na forma de prótons ou ATP para bombear espécies carregadas contra seu gradiente de concentração. As diferenças de concentração mediadas por essas máquinas de membrana podem muitas vezes ser de várias ordens de magnitude e, no caso extremo de íons de cálcio, correspondem a uma concentração 10.000 vezes maior de íons fora da célula do que dentro, conforme mostrado na Tabela 1. Os participantes dominantes em termos de abundância dentro da célula são potássio (K +), cloreto (Cl & # 8211) e magnésio (Mg 2+) (embora o último esteja principalmente ligado a ATP, ribossomos e outras macromoléculas e metabólitos de forma que sua concentração livre seja ordens de magnitude inferior). A Tabela 1 mostra algumas concentrações iônicas típicas em bactérias, leveduras e células de mamíferos. Algumas concentrações de íons são reguladas rigidamente, particularmente íons metálicos tóxicos que também são essenciais para certos processos, mas também a regulação do K + pela osmolaridade, que é essencial para o crescimento. Outros íons são regulados de forma menos rígida, sendo o Na + um exemplo. Uma das observações provocativas que emerge desta tabela é que os íons positivos são muito mais abundantes do que os íons negativos. Qual é a origem de tal desequilíbrio elétrico nos íons simples? Muitos dos metabólitos e macromoléculas da célula são carregados negativamente. Essa carga negativa é conferida pelo fosfato em pequenos metabólitos e DNA e por grupos carboxílicos nos aminoácidos ácidos, como o metabólito livre mais abundante, o glutamato. Muito mais sobre esses agentes celulares pode ser encontrado na vinheta “Quais são as concentrações de metabólitos livres nas células?”.

O potássio está geralmente perto do equilíbrio nas células animais e vegetais. Dado que sua concentração dentro da célula é cerca de 10 a 30 vezes maior do que fora da célula, como pode estar em equilíbrio? Assume we start with this concentration difference across the membrane, and with no electric potential difference (there are counter ions on each side of the membrane to balance the initial charges and they cannot move). As the potassium ions diffuse down their concentration gradient, from the inside to the outside, they quickly create an electric potential difference due to their positive net charge (the net charge movement is miniscule compared to the ion concentrations on the two sides of the membrane as discussed in the vignette on “What is the electric potential difference across membranes?”). The potential difference will increase until its effect will exactly balance the diffusive flux and this is when equilibrium will be reached. This type of equilibrium is known as electrochemical equilibrium. Indeed from the equilibrium distribution we can infer that the cell has a negative electric potential inside and by how much. The direction of the voltage difference across the cell membrane is indeed from positive outside to negative inside as can be naively expected from pumping of protons out of the cell, and as discussed in quantitative terms in the vignette on “ What is the electric potential difference across membranes?”.

The concentrations described above are in no way static. They vary with the organism and the environmental and physiological conditions. To flesh out the significance of these numbers, we examine a case study from neuroscience. For example, how different is the charge density in a neuron before and during the passage of an action potential? As noted above, the opening of ion channels is tantamount to a transient change in the permeability of the membrane to charged species. In the presence of this transiently altered permeability, ions rush across the membrane as described in detail in the vignette on “How many ions pass through an ion channel per second?”. But how big a dent does this rush of charge actually make to the overall concentrations? Muscle cells in which such depolarization leads to muscle contraction often have a diameter of about 50 μm, and a simple estimate (BNID 111449) reveals that the change in the internal charge within the cell as a result of membrane depolarization is only about a thousandth of a percent (10 -5 ) of the charge within the cell. This exemplifies how minor relative changes can still have major functional implications.


DNA and genetic organization

The physicochemical properties conferred by DNA sequence not only determine bending and melting preferences, but also correlate strongly with the genetic organization of both eukaryotic and bacterial chromosomes. In general, the coding sequences of genes have a G/C-rich bias [45, 112] . In part, this is because the codons for the most abundant amino acids also have a G/C-rich bias [113, 114] . The corollary is that noncoding DNA sequences, including introns as well as 5′ and 3′ flanking DNA sequences, are generally more A/T-rich. Indeed the most A/T-rich and most thermodynamically unstable DNA sequences in the Saccharomyces cerevisiae genome are located in 3′ flanking regions [110] . This distribution of base composition on a genomic scale implies that, on average, coding sequences are stiffer or less bendable, whereas noncoding sequences are both more flexible and more susceptible to strand separation. However, in apparent contradiction to these variations in flexibility, in eukaryotic chromosomes coding sequences have a higher nucleosome occupancy than noncoding sequences [45, 112] . But, again, this pattern of occupancy is possibly related to another sequence-dependent physical property of the polymer, the higher intrinsic entropy of certain A/T-rich sequences [32] .

The occurrence of the more A/T-rich sequences in the flanking regions of genes has functional significance. At the 5′-end of a transcription unit there is an obvious correlation with the requirement for RNA polymerase to melt DNA prior to transcription initiation. But at the 3′-ends of transcription units, polymerase dissociates and releases the constrained unwound DNA so that it reforms a double helix. One possibility is that such regions serve as topological sinks, absorbing by writhing any positive superhelicity generated in advance of the transcribing enzyme. This would block the transmission of any such superhelicity to a neighbouring gene with the potential for disrupting its chromatin structure. Instead, the writhed DNA would serve as an appropriate substrate for relaxation by topoisomerases in particular, topoisomerase II, which is preferentially associated with actively transcribed genes [115] . Topoisomerase II, together with topoisomerase I, is also found in regions of low nucleosome occupancy at promoters [115] . However, measurement of the association of topoisomerase II with its optimal binding sites is precluded because of their highly repetitive and redundant nature.

The relationship of the physicochemical properties of DNA to chromosome organization and function in not only apparent at the level of individual genes and transcription units, but is also a feature of whole bacterial chromosomes. These chromosomes comprise, in general, a single circular DNA molecule which can vary in length from

0.5 Mb to 6–10 Mb. Remarkably in these chromosomes, at least in most γ-Proteobacteria, gene order is highly conserved such that those genes that are highly expressed during exponential growth are clustered near the origin of DNA replication, whereas those that are more active during episodes of environmental stress resulting in the cessation of growth are more frequent in the vicinity of the replication termini [116, 117] . However, not only is there a gradient of gene organization from origin to terminus, but also this gradient correlates, on average, with a gradient of base composition so that in each replichore the most stable, G/C-rich, DNA is close to the origin while the least stable is at the terminus [117] . This average pattern of course includes wide variations at the level of individual genes. Yet another feature that exhibits a graded response from origin to terminus is the distribution of binding sites for DNA gyrase [116, 118] , a topoisomerase that inserts negative superhelical turns into DNA [55] . Again these are concentrated primarily in proximity to the origin of replication and thus create the potential for the DNA in this region to be more highly negatively supercoiled than that close to the terminus. This overall pattern of organization can couple chromosome structure to energy availability [69] . When bacteria are shifted to a fresh rich growth medium, ATP levels rise, activating DNA gyrase and thus increasing the negative superhelical density of the chromosome [60] . This would be localized to the origin-proximal region and would, in turn, activate the genes producing the necessary components for growth – the transcription and translation machinery – as well as providing an appropriate environment for DNA replication. Once DNA replication is initiated, the passage of the replisomes along the two replichores would by itself generate a gradient of superhelicity by the Liu/Wang principle [56] , with the more negatively supercoiled DNA again being located closer to the origin and the more relaxed DNA close to the terminus. Again, by analogy to transcriptions, the DNA close to the terminus, in concert with topoisomerases, might act as a topological barrier between the two replichores. The bacterial chromosome thus functions as a topological machine in which the overall distribution of DNA sequences reflects the coupling between the processing of the replisomes and gene expression.

Although the Liu/Wang principle was initially conceived as applying to naked DNA, it is equally valid when considered in the context of higher order structures generated by DNA packaging. In eukaryotic nuclei, despite the existence of the 30 nm fibre na Vivo being recently questioned [118] , the left-handed coiling of the nucleosome stacks responds to torsional forces – such as those generated by transcription – by unwinding on application of positive torsion and correspondingly rewinding with applied negative torsion [119] .


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