Vraag:
Waarom wordt thymine in plaats van uracil in DNA gebruikt?
Rory M
2011-12-17 02:57:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wat is het voordeel dat wordt behaald door de vervanging van uracil door thymine in het DNA? Ik heb eerder gelezen dat het komt doordat thymine "beter beschermd" is en daardoor geschikter is voor de opslagrol van DNA, wat in theorie prima lijkt, maar waarom maakt de toevoeging van een simpele methylgroep de base beter beschermd? / p>

Ik heb nu de oorspronkelijke vraag gepost: ["Waarom wordt uracil, in plaats van thymine, gebruikt in RNA?"] (Http://biology.stackexchange.com/questions/57990/why-is-uracil-rather-than-thymine -used-in-rna) afzonderlijk, zoals beloofd.
Drie antwoorden:
#1
+112
Mad Scientist
2011-12-17 03:18:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Een groot probleem bij het gebruik van uracil als basis is dat cytosine kan worden gedeamineerd, waardoor het wordt omgezet in uracil. Dit is geen zeldzame reactie; het gebeurt ongeveer 100 keer per cel, per dag. Bij het gebruik van thymine is dit geen groot probleem, aangezien de cel gemakkelijk kan herkennen dat de uracil daar niet thuishoort en het kan repareren door het weer te vervangen door een cytosine.

cytosine deamination

Er is een enzym, uracil DNA-glycosylase, dat precies dat doet; het snijdt uracilbases uit dubbelstrengs DNA. Het kan dat veilig doen, aangezien uracil niet in het DNA aanwezig mag zijn en het resultaat moet zijn van een basismodificatie.

Als we uracil in DNA zouden gebruiken, zou het niet zo gemakkelijk zijn om beslissen hoe u die fout wilt herstellen. Het zou het gebruik van dit belangrijke herstelpad voorkomen.

Het onvermogen om dergelijke schade te herstellen doet er niet toe voor RNA, aangezien het mRNA relatief van korte duur is en mogelijke fouten niet tot blijvende schade leiden . Het maakt veel uit voor het DNA, aangezien de fouten bij elke replicatie worden voortgezet. Dit verklaart nu waarom er een voordeel is aan het gebruik van thymine in DNA, het verklaart niet waarom RNA uracil gebruikt. Ik denk dat het gewoon op die manier is geëvolueerd en er was geen significant nadeel waartegen kon worden geselecteerd, maar er zou een betere reden kunnen zijn (misschien moeilijkere biosynthese van thymine?).

Je zult ontdekken wat meer informatie daarover in "Molecular Biology of the Cell" van Bruce Alberts et al. in het hoofdstuk over DNA-reparatie (vanaf pagina 267 in de 4e editie).

Ik ging er altijd van uit dat ribose beter gehecht is aan uracil en dat deoxyribose beter gehecht is aan thymine. Voor zover u weet, is dit niet noodzakelijk waar?
@fredsbend de 2'OH van de ribose en de methylgroep van thymine zijn behoorlijk ver van elkaar verwijderd, er is geen duidelijke manier waarop ze elkaar zouden beïnvloeden.
Voor een krachtige teleologische kritiek op het argument dat in dit antwoord naar voren wordt gebracht, zie [The evolutionary transition from uracil to thymine balance the genetic code] (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/%28SICI%291099- 128X% 28199603% 2910% 3A2% 3C163% 3A% 3AAID-CEM415% 3E3.0.CO% 3B2-S). (zie de commentaren [hier] (https://biology.stackexchange.com/q/78534/1136)). De essentie van de kritiek is deze: hoe kan evolutie de toekomstige mogelijkheid 'zien' om het reparatiemechanisme te ontwikkelen dat in het bovenstaande antwoord wordt beschreven?
#2
+53
Ctina
2011-12-17 04:07:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het bestaan ​​van thymine in DNA in plaats van uracil is blijkbaar te wijten aan een evolutieproces dat DNA stabieler heeft gemaakt.

Thymine heeft een grotere weerstand tegen fotochemische mutatie, waardoor de genetische boodschap stabieler wordt. Een grove uitleg waarom thymine meer beschermd is dan uracil, is te vinden in het artikel

Arthur M, L., Waarom bevat DNA thymine en RNA uracil? Journal of Theorhetic Biology, 1969. 22 (3): p. 537-540.

wat drie belangrijke redenen geeft waarom het gebeurt:

  1. "Excitatie-energie in DNA is mobiel en wordt uiteindelijk overgedragen aan thymineresiduen, die de plaatsen zijn van stralingsschade. "

  2. " Uracil maar niet thymine vormt een stabiel fotohydratatieproduct. De dimerisatie van thymine kan gedeeltelijk worden omgekeerd door bestraling met relatief langere golflengten, terwijl dit proces minder effectief is voor uracil-dimeren vanwege de concurrerende fotohydratatiereactie. "

  3. " Fotochemische mutatie is, of was in ieder geval ooit, een ernstig probleem, omdat er een reeks enzymen bestaat om stralingsschade te herstellen. Daarom was weerstand tegen stralingsschade een belangrijk selectief voordeel. "

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

Thymine heeft een grotere weerstand tegen fotochemische mutatie, waardoor de genetische boodschap stabieler wordt. Dit biedt een ruwe verklaring waarom thymine beter beschermd is dan uracil.

De echte vraag is echter: waarom vervangt thymine uracil in het DNA? Het belangrijkste om op te merken is dat hoewel uracil bestaat als zowel uridine (U) als deoxy-uridine (dU), thymine alleen bestaat als deoxy-thymidine (dT). Dus de vraag wordt: waarom doen cellen de moeite om uracil te methyleren tot thymine voordat het in DNA kan worden gebruikt? en het gemakkelijke antwoord is: methylering beschermt het DNA.

Naast het gebruik van dT in plaats van dU, gebruiken de meeste organismen ook verschillende enzymen om DNA te modificeren nadat het is gesynthetiseerd. Twee van dergelijke enzymen, dam en dcm methylaat adenines en cytosines, respectievelijk, langs de gehele DNA-streng. Deze methylering maakt het DNA onherkenbaar voor veel nucleasen (enzymen die DNA en RNA afbreken), zodat het niet gemakkelijk kan worden aangevallen door indringers, zoals virussen of bepaalde bacteriën. Het is duidelijk dat het methyleren van de nucleotiden voordat ze worden opgenomen, ervoor zorgt dat de hele DNA-streng wordt beschermd.

Thymine beschermt het DNA ook op een andere manier. Als je naar de componenten van nucleïnezuren, fosfaten, suikers en basen kijkt, zie je dat ze allemaal erg hydrofiel (in water oplosbaar) zijn. Het is duidelijk dat het toevoegen van een hydrofobe (in water onoplosbare) methylgroep aan een deel van het DNA de eigenschappen van het molecuul zal veranderen. Het belangrijkste effect is dat de methylgroep wordt afgestoten door de rest van het DNA, waardoor het naar een vaste positie in de hoofdgroef van de helix wordt verplaatst. Dit lost een belangrijk probleem met uracil op - hoewel het de voorkeur geeft aan adenine, kan uracil basenparen met bijna elke andere base, inclusief zichzelf, afhankelijk van hoe het zich in de helix bevindt. Door het vast te zetten tot een enkele conformatie, beperkt de methylgroep uracil (thymine) tot alleen paren met adenine. Dit verbetert de efficiëntie van DNA-replicatie aanzienlijk door het aantal mismatches en dus mutaties te verminderen.



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...