Domanda:
Quali implicazioni ha la mancanza di 2'-OH sulla capacità del DNA di formare strutture 3D?
Mad Scientist
2011-12-22 19:21:11 UTC
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La differenza chimica tra RNA e DNA è il gruppo 2'-idrossile mancante nei nucleotidi che formano il DNA. L'effetto principale di quel cambiamento di cui sono a conoscenza è la maggiore stabilità del DNA rispetto all'RNA. Ma mi chiedo se questa differenza abbia implicazioni significative per la capacità del DNA di formare strutture tridimensionali compex.

L'RNA è noto per essere in grado di derivare da strutture terziarie complesse e funzionare come ribozimi. Ha chiaramente la capacità di formare un'ampia gamma di strutture e può catalizzare una varietà di reazioni chimiche.

Per quanto ne so, non sono noti DNA catalitici naturali. Ma in laboratorio sono stati creati numerosi enzimi di DNA sintetico, quindi è generalmente possibile che il DNA formi strutture catalitiche (vedi Breaker e Joyce 1994 per il primo enzima DNA creato).

Mi chiedo se il 2'-OH mancante significhi che il DNA ha meno potenziale di formare strutture complesse rispetto all'RNA? Immagino che cambi la capacità di creare legami idrogeno, ma non so se ridurrebbe significativamente le potenziali strutture che il DNA potrebbe adottare.


Breaker RR, Joyce GF; (Dicembre 1994). "Un enzima DNA che scinde l'RNA". Chem Biol. 1 (4): 223–9

Quattro risposte:
#1
+13
Aleksandra Zalcman
2012-01-02 06:24:46 UTC
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Per essere sicuro di non confrontare mele e pere, il mio (tentativo di) rispondere alla domanda sarà suddiviso in due parti: confronto tra acidi nucleici a filamento singolo e acidi nucleici a doppia elica.

Singolo DNA e RNA a filamento

Sia il DNA che l ' RNA possono formare strutture terziarie complesse a filamento singolo in cui gli elementi della struttura secondaria sono associati tramite contatti di van der Waals e legami idrogeno. La presenza di un gruppo 2'-idrossile fa sì che l'anello ribosio preferisca conformazioni diverse rispetto al desossiribosio nel DNA. Inoltre, poiché la porzione 2′-OH è sia un donatore che un accettore di idrogeno, fornisce all'RNA una maggiore flessibilità per formare strutture complesse 3D e stabilità per rimanere in una di queste conformazioni . Come nota Aleadam, questo documento mostra che il tRNA e il suo analogo del DNA formano strutture terziarie simili sebbene il tDNA non sia stabile come il tRNA:

Pertanto, sosteniamo che il globale la conformazione degli acidi nucleici è dettata principalmente dall'interazione delle basi puriniche e pirimidiniche con atomi e gruppi funzionali comuni sia all'RNA che al DNA. In questa visione il gruppo 2-idrossile, almeno nel tRNA, è una caratteristica strutturale ausiliaria il cui ruolo è limitato a favorire le interazioni locali, che aumentano la stabilità di una data conformazione.

Questi autori mostrano anche che almeno un'ansa nell'analogo del tDNA è più suscettibile alla scissione da parte di un'endonucleasi di restrizione. In questa regione il tRNA ha una molecola d'acqua legata all'idrogeno al gruppo 2'idrossile.

Non sono riuscito a trovare altri confronti così interessanti in letteratura.

DNA a doppia elica e RNA

Sia il DNA che l'RNA possono formare strutture a doppio filamento. Ancora una volta, la conformazione dello zucchero determina la forma dell'elica: per l'elica del DNA è solitamente forma B, mentre l'RNA elicoidale forma la geometria A in quasi tutte le condizioni. Nell'elica dell'RNA troviamo il ribosio prevalentemente nella conformazione C3'- endo, poiché 2'-OH sfavorisce stericamente la conformazione C2'-endo, necessaria per la geometria della forma B.

Significato fisiologico

dsRNA e ssDNA spesso forniscono un segnale alla cellula che qualcosa non va. dsRNA è ovviamente visto in processi normali come l'interferenza dell'RNA, ma può anche arrestare la sintesi proteica e segnalare infezioni virali (cfr. virus a RNA a doppia elica). Allo stesso modo, ssDNA è molto più incline alla degradazione rispetto al dsDNA, segnala spesso danni al DNA o infezioni da virus a DNA a filamento singolo e induce la morte cellulare. Pertanto, a causa delle loro funzioni, in condizioni normali la struttura 3D del DNA è principalmente un'elica a doppia elica, mentre l'RNA ha una struttura 3D complessa "simile a una proteina", a singolo filamento.

Questa risposta non è corretta per una serie di motivi. Per prima cosa, valuta che l'RNA è più flessibile. Non lo è; Il DNA lo è. Il ruolo descritto nel documento Aleadam è quindi minimo. I commenti sul degrado hanno poco a che fare con la capacità di adottare strutture 3D. È più un riflesso della presenza di meccanismi difensivi specifici tramite DNasi e RNasi.
#2
+6
Aleadam
2011-12-22 23:54:51 UTC
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Questo non è il mio campo, quindi sto rischiando una risposta errata / incompleta qui, ma direi che la differenza fondamentale è la presenza quasi completa del DNA a doppia elica che preclude la formazione delle strutture terziarie in RNA a filamento, piuttosto che la differenza 2'OH. Infatti, e seguendo il link che hai postato, gli autori commentano anche nell'introduzione che:

"E 'noto che il DNA a filamento singolo può assumere strutture terziarie interessanti. Un tRNA e il suo DNA forma analogica strutture molto simili [9] ".

Non ho seguito la citazione 9 [Paquette et al (1990), Eur. J. Biochem. 189,259-265], ma sembrano rispondere alla tua domanda con quella frase. In sostanza, probabilmente non ha grandi implicazioni.

#3
+3
bobthejoe
2012-01-23 16:40:20 UTC
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La risposta sta interamente nella stabilità termodinamica fornita dall'avere un 2'-OH. Come accennato da Aleksandra, l'RNA adotterà solo la conformazione C3'-endo mentre il DNA adotta sia C2'-endo che C3'-endo. In effetti, questo rende il filamento di DNA più flessibile e non l'RNA. In tal modo, un oligomero di DNA a singolo filamento sarà in grado di adottare più stati.

La formazione dell'elica di DNA / RNA è guidata in modo dominante entalpicamente . Quando si forma un'elica, l'RNA adotterà solo un'elica di forma A dove come DNA adotterà sia una forma A che una forma B. Sebbene ci siano più possibili conformazioni per il DNA, la riduzione dei contributi entropici lo rende significativamente più sfavorevole. È interessante notare che questo è il motivo per cui gli analoghi dell'RNA come PNA e morfolino hanno buone proprietà di legame in quanto formeranno un accoppiamento di basi più entropicamente stabile con la loro sequenza bersaglio.

Per questi motivi, è molto più comune, quindi vedi Ribozimi strutturati e RNA non codificanti in natura anche se è fisicamente possibile produrre DNAzymes. Ancora una volta, uno dei tanti motivi per cui l'ipotesi del mondo RNA ha senso.

#4
-1
ChemWizzard
2016-05-23 22:38:37 UTC
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il gruppo OH nelle due posizioni funge da catalizzatore nucleofilo per la scissione dell'RNA o del DNA se avesse un tale gruppo. Poiché il DNA ha bisogno di rimanere intatto per tutta la vita di una cellula, sarebbe disastroso se venisse scisso a causa del gruppo 2'OH. L'RNA, d'altra parte, viene rapidamente scisso secondo necessità dalla cellula senza conseguenze dannose per il codice genetico delle cellule, quindi può avere un gruppo OH.-chem major

Benvenuti in BiologySE ... apprezziamo sempre alcuni riferimenti (anche se solo alcuni altri siti Web) per eseguire il backup della risposta, e per altri luoghi le persone possono andare per ulteriori letture.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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