Fråga:
Varför används tymin snarare än uracil i DNA?
Rory M
2011-12-17 02:57:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vilken är fördelen med att tymin ersätts med uracil i DNA? Jag har tidigare läst att det beror på att tymin är "bättre skyddad" och därför mer lämpad för lagringsrollen för DNA, vilket verkar bra i teorin, men varför gör tillsatsen av en enkel metylgrupp basen mer väl skyddad?

Jag har nu lagt upp den ursprungliga frågan, ["Varför används uracil, snarare än tymin, i RNA?"] (Http://biology.stackexchange.com/questions/57990/why-is-uracil-rather-than-thymine -används-i-rna) separat, som utlovat.
Tre svar:
#1
+112
Mad Scientist
2011-12-17 03:18:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ett stort problem med att använda uracil som bas är att cytosin kan deamineras, vilket omvandlar det till uracil. Detta är ingen sällsynt reaktion; det händer cirka 100 gånger per cell, per dag. Detta är inget större problem när man använder tymin, eftersom cellen lätt kan känna igen att uracilen inte hör hemma där och kan reparera den genom att ersätta den med en cytosin igen.

cytosine deamination

Det finns ett enzym, uracil DNA glykosylas, som gör exakt det; den skär ut uracilbaser från dubbelsträngat DNA. Det kan med säkerhet göras eftersom uracil inte ska finnas i DNA och måste vara resultatet av en basmodifiering.

Om vi ​​skulle använda uracil i DNA skulle det inte vara så lätt att bestäm hur du ska reparera felet. Det skulle förhindra användningen av denna viktiga reparationsväg.

Oförmågan att reparera sådan skada spelar ingen roll för RNA eftersom mRNA är relativt kortlivad och eventuella fel leder inte till någon bestående skada . Det betyder mycket för DNA eftersom felen fortsätter genom varje replikering. Nu förklarar detta varför det finns en fördel med att använda tymin i DNA, det förklarar inte varför RNA använder uracil. Jag antar att det bara utvecklats så och det fanns ingen signifikant nackdel som kunde väljas mot, men det kan finnas en bättre anledning (svårare biosyntes av tymin, kanske?).

Du hittar lite mer information om det i "Cellens molekylära biologi" från Bruce Alberts et al. i kapitlet om DNA-reparation (från sidan 267 i fjärde upplagan).

Jag antog alltid att ribos bättre fästes vid uracil och deoxiribos bättre fäst vid tymin. Såvitt du vet är detta inte nödvändigtvis sant?
@fredsbend ribosens 2'OH och metylgruppen av tymin är ganska långt ifrån varandra, det finns inget uppenbart sätt att de skulle påverka varandra.
För en kraftfull teleologisk kritik av argumentet i detta svar, se [Den evolutionära övergången från uracil till tymin balanserar den genetiska koden] (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/%28SICI%291099- 128X% 28199603% 2910% 3A2% 3C163% 3A% 3AAID-CEM415% 3E3.0.CO% 3B2-S). (se kommentarerna [här] (https://biology.stackexchange.com/q/78534/1136)). Kärnan i kritiken är denna: hur kan evolutionen "se" den framtida möjligheten att utveckla den reparationsmekanism som beskrivs i ovanstående svar?
#2
+53
Ctina
2011-12-17 04:07:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Förekomsten av tymin i DNA istället för uracil beror tydligen på utvecklingsprocessen som gjorde DNA mer stabilt.

Tymin har större motståndskraft mot fotokemisk mutation, vilket gör det genetiska budskapet mer stabilt. En grov förklaring av varför tymin är mer skyddad än uracil, finns i artikeln

Arthur M, L., Varför innehåller DNA tymin och RNA uracil? Journal of Theoretical Biology, 1969. 22 (3): s. 537-540.

vilket ger tre huvudsakliga skäl för att det ska hända:

  1. "Exciteringsenergi i DNA är mobil och överförs så småningom till tyminrester, som är platserna för strålningsskador. "

  2. " Uracil men inte tymin bildar en stabil fotohydratiseringsprodukt. Dimmeriseringen av tymin kan delvis fotomvandlas genom bestrålning vid relativt längre våglängder, medan denna process är mindre effektiv för uracildimerer på grund av den konkurrerande fotohydratiseringsreaktionen "

  3. " Fotokemisk mutation är, eller åtminstone var det vid ett tillfälle, ett allvarligt problem, eftersom det finns en serie enzymer för att reparera strålskador. Motstånd mot strålskador var därför en viktig selektiv fördel. "

#3
+16
kalaz
2012-09-19 00:19:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tymin har en större resistens mot fotokemisk mutation, vilket gör det genetiska budskapet mer stabilt. Detta ger en grov förklaring till varför tymin är mer skyddad än uracil.

Den verkliga frågan är dock: Varför ersätter tymin uracil i DNA? Det viktiga att lägga märke till är att även om uracil existerar som både uridin (U) och deoxi-uridin (dU), existerar tymin bara som deoxitimidin (dT). Så frågan blir: Varför gör cellerna besväret med att metylera uracil till tymin innan det kan användas i DNA? och det enkla svaret är: metylering skyddar DNA.

Förutom att använda dT istället för dU, använder de flesta organismer också olika enzymer för att modifiera DNA efter att det har syntetiserats. Två sådana enzymer, dam och dcm metylatadeniner respektive cytosiner, längs hela DNA-strängen. Denna metylering gör DNA oigenkännligt för många nukleaser (enzymer som bryter ner DNA och RNA), så att det inte lätt kan attackeras av inkräktare, som virus eller vissa bakterier. Uppenbarligen garanterar metylering av nukleotiderna innan de införlivas att hela DNA-strängen skyddas.

Tymin skyddar också DNA på ett annat sätt. Om du tittar på komponenterna i nukleinsyror, fosfater, sockerarter och baser, ser du att de alla är väldigt hydrofila (vattenlösliga). Att lägga till en hydrofob (vattenolöslig) metylgrupp till en del av DNA kommer uppenbarligen att förändra molekylens egenskaper. Huvudeffekten är att metylgruppen kommer att avvisas av resten av DNA: t och flyttar den till en fast position i helixens huvudspår. Detta löser ett viktigt problem med uracil - även om det föredrar adenin, kan uracil baspara med nästan vilken annan bas som helst, inklusive sig själv, beroende på hur den placerar sig i spiralen. Genom att binda ner det till en enda konformation begränsar metylgruppen uracil (tymin) till att para endast med adenin. Detta förbättrar effektiviteten för DNA-replikering genom att minska graden av felanpassning och därmed mutationer.



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...