DNA en RNA zijn van nature gepolariseerde moleculen die elektrische dipoolmomenten bevatten vanwege de aanwezigheid van een aanzienlijk aantal geladen atomen bij neutrale pH. Wetenschappers zijn van mening dat deze moleculen een ingebouwde polariteit hebben die volledig of gedeeltelijk kan worden geheroriënteerd of omgekeerd onder een elektrisch veld - een eigenschap die bioferro-elektriciteit wordt genoemd. Echter, het mechanisme van deze eigenschappen blijft onduidelijk.

In een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ E , See-Chuan Yam van de Universiteit van Malaya, Kuala Lumpur, Maleisië, en collega's laten zien dat alle DNA- en RNA-bouwstenen, of nucleobasen, een niet-nul polarisatie vertonen in aanwezigheid van polaire atomen of moleculen zoals amidogeen en carbonyl. Ze hebben twee stabiele staten, wat aangeeft dat DNA en RNA in principe geheugeneigenschappen hebben, net als een ferro-elektrisch of ferromagnetisch materiaal. Dit is relevant voor het vinden van betere manieren om data in DNA en RNA op te slaan, omdat ze een hoge opslagcapaciteit hebben en een stabiel opslagmedium bieden. Dergelijke fysische eigenschappen kunnen een belangrijke rol spelen in biologische processen en functies. specifiek, deze eigenschappen kunnen ook zeer nuttig zijn voor mogelijke toepassingen als biosensor om DNA-schade en -mutatie te detecteren.

In dit werk, de auteurs gebruiken computationele moleculaire modellering om de polarisatieomschakeling van DNA en RNA te bestuderen met behulp van een semi-empirische kwantummechanische benadering. Om dit te doen, ze modelleren de vijf nucleobasen die de bouwstenen zijn van DNA en RNA.

De auteurs doen ook een interessante ontdekking:dat het minimale elektrische veld dat nodig is om de polarisatie van een nucleobase te veranderen, omgekeerd evenredig is met de verhouding van het topologische polaire oppervlak (TPSA) tot het totale oppervlak (TSA) van een nucleobase. Dit werk kan, daarom, ook waardevolle inzichten verschaffen om het mogelijke bestaan ​​van ferro-elektriciteit in biomaterialen te begrijpen; verder, het waargenomen schakelmechanisme en de ferro-elektrische eigenschappen van DNA- en RNA-nucleobasen zouden de toekomstige ontwikkeling van op DNA en RNA gebaseerde nanomaterialen en elektronische apparaten kunnen informeren.