Fråga:
Vilka konsekvenser har den saknade 2'-OH på förmågan hos DNA att bilda 3D-strukturer?
Mad Scientist
2011-12-22 19:21:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Den kemiska skillnaden mellan RNA och DNA är den saknade 2'-hydroxylgruppen i nukleotiderna som bygger DNA. Den största effekten av den förändringen som jag känner till är den högre stabiliteten hos DNA jämfört med RNA. Men jag undrar om denna skillnad har betydande konsekvenser för DNA: s förmåga att bilda kompex, tredimensionella strukturer.

RNA är känt för att kunna från komplexa tertiära strukturer och fungera som ribozymer. Den har uppenbarligen förmågan att bilda ett brett spektrum av strukturer och kan katalysera en mängd olika kemiska reaktioner.

Såvitt jag vet finns det inga naturligt förekommande katalytiska DNA kända. Men ett antal syntetiska DNA-enzymer har skapats i laboratoriet, så det är i allmänhet möjligt för DNA att bilda katalytiska strukturer (se Breaker och Joyce 1994 för det första DNA-enzym som skapats).

Jag undrar om den saknade 2'-OH betyder att DNA har mindre potential att bilda komplexa strukturer jämfört med RNA? Jag föreställer mig att det förändrar förmågan att skapa vätebindningar, men jag vet inte om det skulle minska de potentiella strukturer som DNA skulle kunna anta betydligt.


Breaker RR, Joyce GF; (December 1994). "Ett DNA-enzym som klyver RNA". Chem Biol. 1 (4): 223–9

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

För att se till att jag inte jämför äpplen och päron kommer mitt (försök) att svara på frågan delas upp i två delar: jämförelse av enkelsträngade nukleinsyror och dubbelsträngade.

Enkel strandat DNA och RNA

Både DNA och RNA kan bilda enkelsträngade komplexa tertiära strukturer där sekundära strukturelement är associerade genom van der Waals-kontakter och vätebindningar. Närvaron av en 2'-hydroxylgrupp gör att ribosring föredrar olika konformationer än deoxiribos i DNA. Eftersom 2'-OH-delen både är vätedonator och acceptor, ger den RNA större flexibilitet för att bilda 3D-komplexa strukturer och stabilitet för att förbli i en av dessa konformationer . Som Aleadam märker visar detta papper att tRNA och dess DNA-analog bildar liknande tertiära strukturer även om tDNA inte är så stabilt som tRNA:

Därför hävdar vi att den globala konformation av nukleinsyror dikteras främst av interaktionen mellan purin- och pyrimidinbaser med atomer och funktionella grupper som är gemensamma för både RNA och DNA. I denna åsikt är 2-hydroxylgruppen, åtminstone i tRNA, ett extra strukturellt särdrag vars roll är begränsad till att främja lokala interaktioner, vilket ökar stabiliteten för en given konformation.

Dessa författare visar också att åtminstone en slinga i tDNA-analogen är mer mottaglig för klyvning genom en restriktionsendonukleas. I denna region har tRNA en vattenmolekyl väte bunden till 2'hydroxylgrupp.

Jag kunde inte hitta fler av sådana intressanta jämförelser i litteraturen.

Dubbelsträngat DNA och RNA

Både DNA och RNA kan bilda dubbelsträngade strukturer. Återigen bestämmer sockerkonformationen formen på spiralen: för DNA-spiralen är det vanligtvis B-form, medan spiralformat RNA bildar A-geometri under nästan alla förhållanden. I RNA-helix finner vi ribosen huvudsakligen i C3'-endo -konformationen, eftersom 2'-OH steriskt missgynnar C2'-endo-konformationen, nödvändig för B-formgeometri.

Fysiologisk betydelse

dsRNA och ssDNA ger ofta en signal till cellen att något är fel. dsRNA ses naturligtvis i normala processer som RNA-interferens men det kan också stoppa proteinsyntes och signalera virusinfektioner (se dubbelsträngade RNA-virus). På samma sätt är ssDNA mycket mer benägen för nedbrytning än dsDNA, det signalerar ofta DNA-skada eller infektioner från enkelsträngade DNA-virus och inducerar celldöd. Därför är DNA 3D-strukturen, under normala förhållanden, mestadels en dubbelsträngad helix, medan RNA har en enkelsträngad, "proteinliknande", komplex 3D-struktur.

Svaret är felaktigt av olika skäl. För det första gör det bedömningen att RNA är mer flexibelt. Det är det inte; DNA är. Rollen som beskrivs i Aleadam-papperet är således minimal. Kommentarerna om nedbrytning har lite att göra med förmågan att anta 3D-strukturer. Det är mer en reflektion av närvaron av specifika defensiva mekanismer via DNaser och RNaser.
#2
+6
Aleadam
2011-12-22 23:54:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Detta är inte mitt fält så jag riskerar ett fel / ofullständigt svar här, men jag skulle säga att den kritiska skillnaden är den nästan fullständiga förekomsten av dubbelsträngat DNA som utesluter bildandet av de tertiära strukturerna i en- strängad RNA, snarare än 2'OH-skillnaden. I själva verket och efter länken som du postade kommenterade författarna till och med i inledningen att:

"Det är välkänt att enkelsträngat DNA kan anta intressanta tertiära strukturer. Ett tRNA och dess DNA analog form mycket liknande strukturer [9] ".

Jag följde inte citatet 9 [Paquette et al (1990), Eur. J. Biochem. 189,259-265], men de verkar svara på din fråga med den frasen. I grund och botten har det antagligen ingen större betydelse.

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

Svaret ligger helt i den termodynamiska stabiliteten som är försedd med att ha en 2'-OH. Som nämnts av Aleksandra kommer RNA endast att anta C3'-endo-konformationen medan DNA antar både C2'-endo och C3'-endo. Effektivt gör detta DNA-strängen mer flexibel, inte RNA. Genom att göra detta kommer en enkelsträngad DNA-oligomer att kunna anta fler tillstånd.

DNA / RNA-helixbildning är dominerande enthalpiskt driven. När en helix bildas antar RNA bara en A-form Helix där som DNA antar både A-form och B-form. Även om det finns fler möjliga konformationer för DNA, gör minskningen av entropiska bidrag det betydligt mer ogynnsamt. Intressant nog är det därför RNA-analoger som PNA och morfolino har goda bindningsegenskaper eftersom de kommer att bilda mer entropiskt stabil basparning med sin målsekvens.

Av dessa skäl är det mycket vanligare så se strukturerade ribozymer och icke-kodande RNA i naturen trots att det är fysiskt möjligt att producera DNA-enzymer. Återigen, en av de många anledningarna till att RNA-världshypotesen är meningsfull.

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

OH-gruppen i de två positionerna fungerar som en nukleofil katalysator för klyvning av RNA eller av DNA om den hade en sådan grupp. Eftersom DNA måste förbli intakt under en cells liv skulle det vara katastrofalt om det klyvdes på grund av 2'OH-gruppen. RNA å andra sidan klyvs snabbt efter behov av cellen utan skadliga konsekvenser för cellernas genetiska kod så att den kan ha en OH-grupp.-Chem major

Välkommen till BiologySE.


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...