DNA och RNA är naturligt polariserade molekyler som innehåller elektriska dipolmoment på grund av närvaron av ett betydande antal laddade atomer vid neutralt pH. Forskare tror att dessa molekyler har en inbyggd polaritet som kan omorienteras eller vändas helt eller delvis under ett elektriskt fält-en egenskap som kallas bioferroelektricitet. Dock, mekanismen för dessa egenskaper är fortfarande oklar.

I en ny studie publicerad i EPJ E , See-Chuan Yam från University of Malaya, Kuala Lumpur, Malaysia, och kollegor visar att alla byggstenar för DNA och RNA, eller nukleobaser, uppvisar en icke-noll polarisering i närvaro av polära atomer eller molekyler, såsom amidogen och karbonyl. De har två stabila tillstånd, indikerar att DNA och RNA i princip har minnesegenskaper, precis som ett ferroelektriskt eller ferromagnetiskt material. Detta är relevant för att hitta bättre sätt att lagra data i DNA och RNA eftersom de har en hög lagringskapacitet och erbjuder ett stabilt lagringsmedium. Sådana fysikaliska egenskaper kan spela en viktig roll i biologiska processer och funktioner. Specifikt, dessa egenskaper kan också vara extremt användbara för möjliga tillämpningar som en biosensor för att upptäcka DNA -skador och mutationer.

I det här arbetet, författarna använder beräknad molekylär modellering för att studera polarisationsomkopplingen av DNA och RNA med hjälp av ett semi-empiriskt kvantmekaniskt tillvägagångssätt. Att göra så, de modellerar de fem nukleobaserna som är byggstenarna i DNA och RNA.

Författarna gör också en intressant upptäckt:att det minsta elektriska fält som krävs för att byta polarisering av ett nukleobas är omvänt proportionellt mot förhållandet mellan den topologiska polarytan (TPSA) och den totala ytan (TSA) för ett nukleobas. Detta arbete kan, därför, ge också värdefull insikt för att förstå den möjliga förekomsten av ferroelektricitet i biomaterial; ytterligare, den observerade kopplingsmekanismen och ferroelektriska egenskaper hos DNA- och RNA-nukleobaser skulle kunna informera den framtida utvecklingen av DNA- och RNA-baserade nanomaterial och elektroniska enheter.