Millist mõju avaldab puuduv 2'-OH DNA võimele moodustada 3D-struktuure?

Question

view on stackexchange narkive permalink

RNA ja DNA keemiline erinevus seisneb DNA-d ehitavate nukleotiidide 2'-hüdroksüülrühma puudumises. Selle muudatuse peamine mõju, mida ma tean, on DNA suurem stabiilsus võrreldes RNA-ga. Kuid ma ei tea, kas sellel erinevusel on märkimisväärne mõju DNA võimele moodustada kolmemõõtmelisi struktuure.

RNA on teadaolevalt võimeline keerukatest tertsiaarsetest struktuuridest ja toimima ribosüümidena. Sellel on selgelt võime moodustada väga erinevaid struktuure ja see võib katalüüsida mitmesuguseid keemilisi reaktsioone.

Minu teada pole teada ühtegi looduslikult esinevat katalüütilist DNA-d. Kuid laboris on loodud mitmeid sünteetilisi DNA ensüüme, nii et DNA-l on tavaliselt võimalik moodustada katalüütilisi struktuure (esimese loodud DNA ensüümi kohta vt Breaker ja Joyce 1994).

Huvitav, kas puuduv 2'-OH tähendab, et DNA-l on vähem võimalusi keeruliste struktuuride moodustamiseks kui RNA-l? Kujutan ette, et see muudab vesiniksidemete loomise võimet, kuid ma ei tea, kas see vähendaks oluliselt potentsiaalseid struktuure, mida DNA võiks omaks võtta.

---

_{Breaker RR, Joyce GF; (Detsember 1994). "DNA ensüüm, mis lõhustab RNA-d". Chem Biol. 1 (4): 223–9}

Answer 1

view on stackexchange narkive permalink

Veendumaks, et ma ei võrdle õunu ja pirne, jagatakse minu (katse) vastus küsimusele kaheks osaks: üheahelaliste ja kaheahelaliste nukleiinhapete võrdlus.

Üksik ahelaga DNA ja RNA

Nii DNA kui ka RNA võivad moodustada üheahelalisi keerukaid tertsiaarstruktuure, milles van der Waalsi kontaktide kaudu on seotud sekundaarsed struktuuri elemendid ja vesiniksidemed. 2'-hüdroksüülrühma olemasolu muudab riboositsükli eelistama erinevaid konformatsioone kui desoksüriboosi DNA-s. Kuna 2′-OH rühm on nii vesiniku doonor kui aktseptor, annab see RNA-le suurema paindlikkuse 3D kompleksstruktuuride moodustamiseks ja stabiilsuse , et püsida ühes neist konformatsioonidest . Nagu Aleadam märkab, näitab see paber, et tRNA ja selle DNA analoog moodustavad sarnase tertsiaarstruktuuri, kuigi tDNA pole nii stabiilne kui tRNA:

Seetõttu väidame, et globaalne nukleiinhapete konformatsiooni dikteerib peamiselt puriin- ja pürimidiinaluste vastastikune mõju nii RNA-le kui ka DNA-le ühiste aatomite ja funktsionaalsete rühmadega. Selles vaates on 2-hüdroksüülrühm vähemalt tRNA-s struktuuriline abijoon, mille roll piirdub kohalike interaktsioonide soodustamisega, mis suurendavad antud konformatsiooni stabiilsust.

Need autorid näitavad ka seda, et tDNA analoogi vähemalt üks silmus on rohkem vastuvõtlik restriktsiooni endonukleaasiga lõhustamisele. Selles piirkonnas on tRNA-l vesimolekul vesinik, mis on seotud 2'-hüdroksüülrühmaga.

Rohkem selliseid huvitavaid võrdlusi ei õnnestunud kirjandusest leida.

Kaheahelaline DNA ja RNA

Nii DNA kui RNA võivad moodustada kaheahelalisi struktuure. Jällegi määrab suhkru konformatsioon heeliksi kuju: DNA heeliksi puhul on see tavaliselt B-vorm, samas kui spiraalne RNA moodustab peaaegu kõigis tingimustes A-geomeetria. RNA heeliksis leiame riboosi valdavalt C3'-endo konformatsioonis, kuna 2'-OH halvab steeriliselt C2'-endo konformatsiooni, mis on vajalik B-vormi geomeetria jaoks.

Füsioloogiline tähtsus

dsRNA ja ssDNA annavad rakule sageli signaali, et midagi on valesti. dsRNA-d nähakse loomulikult normaalsetes protsessides nagu RNA interferents, kuid see võib peatada ka valgusünteesi ja signaali viirusnakkustest (vrd kaheahelalised RNA viirused). Sarnaselt on ssDNA lagunemisele palju altim kui dsDNA, see annab sageli märku DNA kahjustusest või üheahelaliste DNA viiruste infektsioonidest ja kutsub esile rakusurma. Seetõttu on DNA 3D-struktuur oma funktsioonide tõttu tavapärastes tingimustes enamasti kaheahelaline heeliks, samas kui RNA-l on üheahelaline "valgulaadne" keeruline 3D-struktuur.

Answer 2

view on stackexchange narkive permalink

See pole minu valdkond, seega riskin siin vale / mittetäieliku vastusega, kuid ütleksin, et kriitiline erinevus on kaheahelalise DNA peaaegu täielik esinemine, mis välistab tertsiaarsete struktuuride moodustumise ühe- ahelaga RNA, mitte 2'OH erinevus. Tegelikult ja järgides teie postitatud linki, kommenteerivad autorid sissejuhatuses isegi järgmist:

"On hästi teada, et üheahelaline DNA võib eeldada huvitavaid kolmanda taseme struktuure. TRNA ja selle DNA analoogvorm väga sarnased struktuurid [9] ".

Ma ei järginud viidet 9 [Paquette et al (1990), Eur. J. Biochem. 189,259–265], kuid näivad, et nad vastavad selle küsimusega teie küsimusele. Sisuliselt pole sellel ilmselt suuremat tähendust.

Answer 3

view on stackexchange narkive permalink

Vastus seisneb täielikult 2'-OH sisaldusega termodünaamilises stabiilsuses. Nagu Aleksandra mainis, võtab RNA omaks ainult C3'-endo konformatsiooni, samas kui DNA omistab nii C2'-endo kui ka C3'-endo. Tegelikult muudab see DNA ahela paindlikumaks, mitte RNA. Seejuures suudab üheahelaline DNA oligomeer omastada rohkem olekuid.

DNA / RNA heeliksi moodustumine on domineerivalt entalpiliselt ajendatud. Spiraali moodustumisel võtab RNA ainult A-kujulise Helixi, kus DNA võtab nii A-vormi kui ka B-vormi. Kuigi DNA-le on rohkem võimalikke konformatsioone, muudab entroopiliste panuste vähenemine selle oluliselt ebasoodsamaks. Huvitav on see, et seetõttu on RNA analoogidel, nagu PNA ja morfoliinod, head sidumisomadused, kuna need moodustavad oma sihtjärjestusega entroopiliselt stabiilsema aluse paarituse.

Nendel põhjustel on see palju tavalisem, nii et vaadake struktureeritud ribosüüme ja mittekodeerivad RNA-d looduses, kuigi DNA-ensüüme on füüsiliselt võimalik toota. Jällegi üks paljudest põhjustest, miks RNA maailma hüpotees on mõttekas.

Answer 4

view on stackexchange narkive permalink

Kahes asendis olev OH-rühm toimib a kui nukleofiilse katalüsaatorina RNA või DNA lõhustamiseks, kui tal on selline rühm. Kuna DNA peab kogu raku eluea jooksul puutumata jääma, oleks katastroofiline, kui see lõhustataks 2'OH rühma tõttu. RNA seevastu lõhustub rakus vastavalt vajadusele kiiresti, ilma et see kahjustaks rakkude geneetilist koodi, nii et sellel võib olla OH-rühm.