DNA e RNA sono molecole naturalmente polarizzate contenenti momenti di dipolo elettrico dovuti alla presenza di un numero significativo di atomi carichi a pH neutro. Gli scienziati ritengono che queste molecole abbiano una polarità intrinseca che può essere riorientata o invertita completamente o in parte sotto un campo elettrico, una proprietà denominata bioferroelettricità. Però, il meccanismo di queste proprietà rimane poco chiaro.

In un nuovo studio pubblicato su EPJ MI , See-Chuan Yam dell'Università della Malesia, Kuala Lumpur, Malaysia, e colleghi mostrano che tutti gli elementi costitutivi del DNA e dell'RNA, o basi azotate, mostrano una polarizzazione diversa da zero in presenza di atomi o molecole polari come amidogeno e carbonile. Hanno due stati stabili, indicando che DNA e RNA hanno fondamentalmente proprietà di memoria, proprio come un materiale ferroelettrico o ferromagnetico. Questo è importante per trovare modi migliori di archiviare i dati nel DNA e nell'RNA perché hanno un'elevata capacità di archiviazione e offrono un supporto di archiviazione stabile. Tali proprietà fisiche possono svolgere un ruolo importante nei processi e nelle funzioni biologiche. Nello specifico, queste proprietà potrebbero anche essere estremamente utili per possibili applicazioni come biosensore per rilevare danni e mutazioni al DNA.

In questo lavoro, gli autori utilizzano la modellazione molecolare computazionale per studiare la commutazione della polarizzazione del DNA e dell'RNA utilizzando un approccio quantomeccanico semi-empirico. Fare così, modellano le cinque basi azotate che sono gli elementi costitutivi del DNA e dell'RNA.

Gli autori fanno anche un'interessante scoperta:che il campo elettrico minimo richiesto per commutare la polarizzazione di una base azotata è inversamente proporzionale al rapporto tra l'area della superficie polare topologica (TPSA) e l'area della superficie totale (TSA) di una base azotata. Questo lavoro può, perciò, fornire anche preziosi spunti per comprendere la possibile esistenza di ferroelettricità nei biomateriali; ulteriore, il meccanismo di commutazione osservato e le proprietà ferroelettriche delle basi azotate di DNA e RNA potrebbero informare il futuro sviluppo di nanomateriali e dispositivi elettronici a base di DNA e RNA.