Pytanie:
Jakie implikacje ma brakujące 2'-OH na zdolność DNA do tworzenia struktur 3D?
Mad Scientist
2011-12-22 19:21:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Różnica chemiczna między RNA i DNA polega na braku grupy 2'-hydroksylowej w nukleotydach, które tworzą DNA. Głównym efektem tej zmiany, o którym wiem, jest wyższa stabilność DNA w porównaniu z RNA. Ale zastanawiam się, czy ta różnica ma znaczące konsekwencje dla zdolności DNA do tworzenia złożonych, trójwymiarowych struktur.

Wiadomo, że RNA jest zdolny do tworzenia złożonych struktur trzeciorzędowych i działa jako rybozymy. Wyraźnie ma zdolność tworzenia szerokiej gamy struktur i może katalizować różne reakcje chemiczne.

O ile wiem, nie są znane żadne naturalnie występujące katalityczne DNA. Jednak w laboratorium stworzono wiele syntetycznych enzymów DNA, więc generalnie DNA może tworzyć struktury katalityczne (patrz Breaker i Joyce 1994 dla pierwszego utworzonego enzymu DNA).

Zastanawiam się, czy brakujące 2'-OH oznacza, że ​​DNA ma mniejszy potencjał do tworzenia złożonych struktur w porównaniu z RNA? Wyobrażam sobie, że zmienia to zdolność tworzenia wiązań wodorowych, ale nie wiem, czy znacznie zmniejszyłoby to potencjalne struktury, które może przyjąć DNA.


Breaker RR, Joyce GF; (Grudzień 1994). „Enzym DNA, który rozszczepia RNA”. Chem Biol. 1 (4): 223–9

Cztery odpowiedzi:
#1
+13
Aleksandra Zalcman
2012-01-02 06:24:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aby upewnić się, że nie porównuję jabłek i gruszek, moja (próba) odpowiedzi na to pytanie zostanie podzielona na dwie części: porównanie jednoniciowych kwasów nukleinowych i dwuniciowych.

Pojedynczy nić DNA i RNA

Zarówno DNA, jak i RNA mogą tworzyć jednoniciowe złożone struktury trzeciorzędowe, w których elementy struktury drugorzędowej są połączone poprzez kontakty van der Waalsa i wiązania wodorowe. Obecność grupy 2'-hydroksylowej sprawia, że ​​pierścień rybozy preferuje inne konformacje niż dezoksyryboza w DNA. Ponadto, ponieważ ugrupowanie 2′-OH jest zarówno donorem, jak i akceptorem wodoru, zapewnia RNA z większą elastycznością w tworzeniu złożonych struktur 3D i stabilności , aby pozostać w jednej z tych konformacji . Jak zauważa Aleadam, ten artykuł pokazuje, że tRNA i jego analog DNA tworzą podobne struktury trzeciorzędowe, chociaż tDNA nie jest tak stabilne jak tRNA:

Dlatego uważamy, że globalne konformacja kwasów nukleinowych jest przede wszystkim podyktowana interakcją zasad purynowych i pirymidynowych z atomami i grupami funkcyjnymi wspólnymi zarówno dla RNA, jak i DNA. W tym ujęciu grupa 2-hydroksylowa, przynajmniej w tRNA, jest pomocniczą cechą strukturalną, której rola ogranicza się do sprzyjania lokalnym oddziaływaniom, które zwiększają stabilność danej konformacji.

Ci autorzy pokazują również, że co najmniej jedna pętla w analogu tDNA jest bardziej podatna na cięcie przez endonukleazę restrykcyjną. W tym regionie tRNA ma cząsteczkę wody połączoną wodorem z grupą 2'hydroksylową.

Nie mogłem znaleźć więcej takich interesujących porównań w literaturze.

Dwuniciowy DNA i RNA

Zarówno DNA, jak i RNA mogą tworzyć struktury dwuniciowe. Ponownie konformacja cukru determinuje kształt helisy: w przypadku helisy DNA jest to zwykle forma B, podczas gdy helikalny RNA tworzy geometrię A w prawie każdych warunkach. W helisie RNA rybozę znajdujemy głównie w konformacji C3'-endo, ponieważ 2'-OH stericly nie sprzyja konformacji C2'-endo, niezbędnej dla geometrii formy B.

Znaczenie fizjologiczne

dsRNA i ssDNA często dostarczają komórce sygnału, że coś jest nie tak. dsRNA jest oczywiście widoczne w normalnych procesach, takich jak interferencja RNA, ale może również zatrzymywać syntezę białek i sygnalizować infekcje wirusowe (por. wirusy dwuniciowego RNA). Podobnie ssDNA jest znacznie bardziej podatne na degradację niż dsDNA, często sygnalizuje uszkodzenie DNA lub infekcje jednoniciowymi wirusami DNA i indukuje śmierć komórki. Dlatego, ze względu na ich funkcje, w normalnych warunkach struktura 3D DNA jest w większości dwuniciową helisą, podczas gdy RNA ma jednoniciową, „białkową”, złożoną strukturę 3D.

Ta odpowiedź jest nieprawidłowa z różnych powodów. Po pierwsze, sprawia, że ​​ocena RNA jest bardziej elastyczna. To nie jest; DNA jest. Rola opisana w artykule Aleadama jest więc minimalna, a komentarze na temat degradacji mają niewiele wspólnego z możliwością przyjęcia struktur 3D. Jest bardziej odzwierciedleniem obecności określonych mechanizmów obronnych poprzez DNazy i RNazy.
#2
+6
Aleadam
2011-12-22 23:54:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To nie jest moja dziedzina, więc ryzykuję tutaj błędną / niepełną odpowiedź, ale powiedziałbym, że krytyczną różnicą jest prawie całkowite wystąpienie dwuniciowego DNA, które wyklucza tworzenie trzeciorzędowych struktur w jedno- RNA z nicią, zamiast różnicy 2'OH. W rzeczywistości, i podążając za zamieszczonym przez ciebie linkiem, autorzy komentują nawet we wstępie, że:

„Powszechnie wiadomo, że jednoniciowy DNA może przybierać interesujące struktury trzeciorzędowe. TRNA i jego DNA analogowej postaci bardzo podobnych struktur [9] ”.

Nie postąpiłem zgodnie z cytatem 9 [Paquette i in. (1990), Eur. J. Biochem. 189,259-265], ale wydaje się, że odpowiadają na Twoje pytanie tym zwrotem. W istocie prawdopodobnie nie ma to większego znaczenia.

#3
+3
bobthejoe
2012-01-23 16:40:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Odpowiedź leży całkowicie w stabilności termodynamicznej, którą zapewnia 2'-OH. Jak wspomniała Aleksandra, RNA przyjmie tylko konformację C3'-endo, podczas gdy DNA przyjmie zarówno C2'-endo, jak i C3'-endo. W rzeczywistości sprawia to, że nić DNA jest bardziej elastyczna niż RNA. W ten sposób jednoniciowy oligomer DNA będzie w stanie przyjąć więcej stanów.

Tworzenie helisy DNA / RNA jest głównie napędzane entalpicznie . Kiedy tworzy się helisa, RNA przyjmie tylko helisę w formie A, gdzie DNA przyjmie zarówno formę A, jak i formę B. Chociaż istnieje więcej możliwych konformacji DNA, redukcja wkładu entropii czyni go znacznie bardziej niekorzystnym. Co ciekawe, właśnie dlatego analogi RNA, takie jak PNA i morfolino, mają dobre właściwości wiązania, ponieważ będą tworzyć bardziej stabilne entropicznie parowanie zasad z sekwencją docelową.

Z tych powodów jest to znacznie częstsze, więc zobacz strukturalne rybozymy i niekodujące RNA występujące w naturze, mimo że produkcja DNAzymów jest fizycznie możliwa. Ponownie, jeden z wielu powodów, dla których hipoteza świata RNA ma sens.

#4
-1
ChemWizzard
2016-05-23 22:38:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

grupa OH w dwóch pozycjach działa jako nukleofilowy katalizator do rozszczepiania RNA lub DNA, jeśli ma taką grupę. Ponieważ DNA musi pozostać nienaruszone przez całe życie komórki, byłoby katastrofalne, gdyby zostało rozszczepione z powodu grupy 2'OH. Z drugiej strony RNA jest szybko rozszczepiany w razie potrzeby przez komórkę bez szkodliwych konsekwencji dla kodu genetycznego komórki, więc może mieć grupę OH.-Chem major

Witamy w BiologySE ... zawsze doceniamy niektóre odniesienia (nawet jeśli są to tylko inne strony internetowe), które stanowią kopię zapasową odpowiedzi, a inne miejsca, w których można znaleźć dalsze lektury.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...