Vraag:
Welke implicaties heeft de ontbrekende 2'-OH op het vermogen van DNA om 3D-structuren te vormen?
Mad Scientist
2011-12-22 19:21:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het chemische verschil tussen RNA en DNA is de ontbrekende 2'-hydroxylgroep in de nucleotiden waaruit DNA bestaat. Het belangrijkste effect van die verandering die ik ken, is de hogere stabiliteit van DNA in vergelijking met RNA. Maar ik vraag me af of dit verschil significante implicaties heeft voor het vermogen van DNA om compacte, driedimensionale structuren te vormen.

Van RNA is bekend dat het kan uit complexe tertiaire structuren en functioneert als ribozymen. Het heeft duidelijk het vermogen om een ​​breed scala aan structuren te vormen en kan een verscheidenheid aan chemische reacties katalyseren.

Voor zover ik weet, zijn er geen natuurlijk voorkomende katalytische DNA's bekend. Maar in het laboratorium zijn een aantal synthetische DNA-enzymen gemaakt, dus het is over het algemeen mogelijk dat DNA katalytische structuren vormt (zie Breaker en Joyce 1994 voor het eerste gemaakte DNA-enzym).

Ik vraag me af of de ontbrekende 2'-OH betekent dat DNA minder potentieel heeft om complexe structuren te vormen in vergelijking met RNA? Ik stel me voor dat het het vermogen om waterstofbruggen te creëren verandert, maar ik weet niet of het de potentiële structuren die DNA zou kunnen aannemen aanzienlijk zou verminderen.


Breaker RR, Joyce GF; (December 1994). ‘Een DNA-enzym dat RNA splitst’. Chem Biol. 1 (4): 223-9

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

Om er zeker van te zijn dat ik geen appels en peren vergelijk, zal mijn (poging om) antwoord te geven op de vraag in twee delen worden opgesplitst: vergelijking van enkelstrengs nucleïnezuren en dubbelstrengs nucleïnezuren.

Enkelvoudig streng DNA en RNA

Zowel DNA als RNA kunnen enkelstrengs complexe tertiaire structuren vormen waarin de secundaire structuurelementen worden geassocieerd via van der Waals-contacten en waterstofbruggen. De aanwezigheid van een 2'-hydroxylgroep zorgt ervoor dat ribosering de voorkeur geeft aan andere conformaties dan deoxyribose in DNA. Omdat de 2′-OH-groep zowel een waterstofdonor als een acceptor is, biedt het RNA een grotere flexibiliteit om complexe 3D-structuren te vormen en stabiliteit om in een van deze conformaties te blijven. . Zoals Aleadam opmerkt, laat dit artikel zien dat tRNA en zijn DNA-analoog vergelijkbare tertiaire structuren vormen, hoewel tDNA niet zo stabiel is als tRNA:

Daarom stellen we dat de globale conformatie van nucleïnezuren wordt voornamelijk gedicteerd door de interactie van purine- en pyrimidinebasen met atomen en functionele groepen die zowel in RNA als in DNA voorkomen. In deze visie is de 2-hydroxylgroep, althans in tRNA, een ondersteunend structureel kenmerk waarvan de rol beperkt is tot het bevorderen van lokale interacties, die de stabiliteit van een bepaalde conformatie verhogen.

Deze auteurs laten ook zien dat ten minste één lus in het tDNA-analoog gevoeliger is voor splitsing door een restrictie-endonuclease. In dit gebied heeft het tRNA een watermolecuul dat waterstof gebonden is aan de 2'-hydroxylgroep.

Ik kon niet meer van zulke interessante vergelijkingen vinden in de literatuur.

Dubbelstrengs DNA en RNA

Zowel DNA als RNA kunnen dubbelstrengs structuren vormen. Nogmaals, suikerconformatie bepaalt de vorm van de helix: voor DNA-helix is ​​het meestal B-vorm, terwijl helisch RNA onder bijna alle omstandigheden de A-geometrie vormt. In RNA-helix vinden we de ribose voornamelijk in de C3'-endo -conformatie, aangezien 2'-OH de C2'-endo-conformiteit, die nodig is voor de B-vormgeometrie, sterisch afkeert.

Fysiologische significantie

dsRNA en ssDNA geven vaak een signaal aan de cel dat er iets mis is. dsRNA wordt natuurlijk gezien in normale processen zoals RNA-interferentie, maar het kan ook de eiwitsynthese stoppen en virale infecties signaleren (zie dubbelstrengs RNA-virussen). Evenzo is ssDNA veel vatbaarder voor afbraak dan dsDNA, signaleert het vaak schade aan DNA of infecties van enkelstrengige DNA-virussen en induceert het celdood. Daarom is, vanwege hun functies, onder normale omstandigheden de 3D-structuur van DNA meestal een dubbelstrengige helix, terwijl RNA een enkelstrengs, "eiwitachtige", complexe 3D-structuur heeft.

Dit antwoord is om verschillende redenen onjuist. Ten eerste maakt het de beoordeling dat RNA flexibeler is. Het is niet; DNA is. De rol die in de Aleadam-paper wordt beschreven, is dus minimaal. De opmerkingen over degradatie hebben weinig te maken met de mogelijkheid om 3D-structuren aan te nemen. Het is meer een weerspiegeling van de aanwezigheid van specifieke verdedigingsmechanismen via DNases en RNases.
#2
+6
Aleadam
2011-12-22 23:54:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dit is niet mijn vakgebied, dus ik riskeer hier een verkeerd / onvolledig antwoord, maar ik zou zeggen dat het cruciale verschil het bijna volledige voorkomen van dubbelstrengs DNA is dat de vorming van de tertiaire structuren in enkelvoudige stranded RNA, in plaats van het 2'OH-verschil. In feite, en na de link die u hebt gepost, merken de auteurs in de inleiding zelfs op dat:

"Het is algemeen bekend dat enkelstrengs DNA interessante tertiaire structuren kan aannemen. Een tRNA en zijn DNA analoge vorm zeer vergelijkbare structuren [9] ".

Ik volgde citaat 9 [Paquette et al (1990), Eur. J. Biochem. 189,259-265], maar ze lijken uw vraag met die zin te beantwoorden. In wezen heeft het waarschijnlijk geen grote implicaties.

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

Het antwoord ligt geheel in de thermodynamische stabiliteit die wordt geboden bij het hebben van een 2'-OH. Zoals vermeld door Aleksandra, zal RNA alleen de C3'-endo-conformatie aannemen, terwijl DNA zowel het C2'-endo als het C3'-endo aanneemt. In feite maakt dit de DNA-streng flexibeler, niet RNA. Door dit te doen, zal een enkelstrengs DNA-oligomeer meer toestanden kunnen aannemen.

De vorming van DNA / RNA-helixen wordt voornamelijk enthalpisch aangedreven. Wanneer een helix wordt gevormd, zal RNA alleen een A-vormige helix aannemen, terwijl DNA zowel een A-vorm als een B-vorm zal aannemen. Hoewel er meer mogelijke conformaties zijn voor DNA, maakt de vermindering van de entropische bijdragen het significant ongunstiger. Interessant is dat dit de reden is waarom RNA-analogen zoals PNA en morfolino's goede bindingseigenschappen hebben, aangezien ze meer entropisch stabiele basenparing zullen vormen met hun doelsequentie.

Om deze redenen komt het veel vaker voor, dus zie gestructureerde ribozymen en niet-coderende RNA's in de natuur, hoewel het fysiek mogelijk is om DNA-enzymen te produceren. Nogmaals, een van de vele redenen waarom de RNA-wereldhypothese logisch is.

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

de OH-groep op de twee posities fungeert als een nucleofiele katalysator voor de splitsing van RNA of van DNA als het zo'n groep had. Omdat DNA intact moet blijven gedurende de hele levensduur van een cel, zou het rampzalig zijn als het zou worden gekliefd vanwege de 2'OH-groep. RNA aan de andere kant wordt snel gesplitst als dat nodig is door de cel zonder schadelijke gevolgen voor de genetische code van de cel, zodat het een OH-groep kan hebben. -Chem major

Welkom bij BiologySE ... we stellen sommige referenties altijd op prijs (ook al zijn het maar enkele andere websites) om het antwoord te ondersteunen, en voor andere plaatsen kunnen mensen terecht voor verder lezen.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...