Question:
Quelles implications le 2'-OH manquant a-t-il sur la capacité de l'ADN à former des structures 3D?
Mad Scientist
2011-12-22 19:21:11 UTC
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La différence chimique entre l'ARN et l'ADN est le groupe 2'-hydroxyle manquant dans les nucléotides qui construisent l'ADN. Le principal effet de ce changement que je connais est la plus grande stabilité de l'ADN par rapport à l'ARN. Mais je me demande si cette différence a des implications significatives sur la capacité de l'ADN à former des structures compex tridimensionnelles.

L'ARN est connu pour être capable de provenir de structures tertiaires complexes et de fonctionner comme des ribozymes. Il a clairement la capacité de former une large gamme de structures et peut catalyser une variété de réactions chimiques.

Pour autant que je sache, il n'y a pas d'ADN catalytique naturel connu. Mais un certain nombre d'enzymes ADN synthétiques ont été créées en laboratoire, il est donc généralement possible que l'ADN forme des structures catalytiques (voir Breaker et Joyce 1994 pour la première enzyme ADN créée).

Je me demande si le 2'-OH manquant signifie que l'ADN a moins de potentiel pour former des structures complexes que l'ARN? J'imagine que cela change la capacité de créer des liaisons hydrogène, mais je ne sais pas si cela diminuerait considérablement les structures potentielles que l'ADN pourrait adopter.


Breaker RR, Joyce GF; (Décembre 1994). "Une enzyme d'ADN qui clive l'ARN". Chem Biol. 1 (4): 223–9

Quatre réponses:
#1
+13
Aleksandra Zalcman
2012-01-02 06:24:46 UTC
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Pour être sûr de ne pas comparer des pommes et des poires, ma (tentative de) réponse à la question sera divisée en deux parties: comparaison des acides nucléiques simple brin et double brin.

Simple ADN et ARN brin

L'ADN et l ' ARN peuvent former des structures tertiaires complexes monocaténaires dans lesquelles les éléments de structure secondaire sont associés via des contacts de van der Waals et des liaisons hydrogène. La présence d'un groupe 2'-hydroxyle fait que le cycle ribose préfère différentes conformations que le désoxyribose dans l'ADN. De plus, comme le fragment 2′-OH est à la fois un donneur et un accepteur d'hydrogène, il fournit à l'ARN une plus grande flexibilité pour former des structures complexes 3D et une stabilité pour rester dans l'une de ces conformations . Comme le remarque Aleadam, cet article montre que l'ARNt et son analogue d'ADN forment des structures tertiaires similaires bien que l'ADNt ne soit pas aussi stable que l'ARNt:

Par conséquent, nous soumettons que le global la conformation des acides nucléiques est principalement dictée par l'interaction des bases puriques et pyrimidiniques avec des atomes et des groupes fonctionnels communs à l'ARN et à l'ADN. Dans cette optique, le groupe 2-hydroxyle, dans l'ARNt au moins, est une caractéristique structurelle auxiliaire dont le rôle se limite à favoriser les interactions locales, qui augmentent la stabilité d'une conformation donnée.

Ces auteurs montrent également qu'au moins une boucle dans l'analogue d'ADNt est plus sensible au clivage par une endonucléase de restriction. Dans cette région, l'ARNt a une molécule d'eau liée à l'hydrogène au groupe 2'hydroxyle.

Je n'ai pas pu trouver d'autres comparaisons aussi intéressantes dans la littérature.

ADN double brin et ARN

L'ADN et l'ARN peuvent former des structures double brin. Encore une fois, la conformation du sucre détermine la forme de l'hélice: pour l'hélice d'ADN, elle est généralement forme B, alors que l'ARN hélicoïdal forme une géométrie A dans presque toutes les conditions. Dans l'hélice d'ARN, nous trouvons le ribose principalement dans la conformation C3'-endo, car 2'-OH défavorise stériquement la conformité C2'-endo, nécessaire pour la géométrie de forme B.

Signification physiologique

dsRNA et ssDNA fournissent souvent un signal à la cellule que quelque chose ne va pas. L'ARNdb est bien sûr observé dans des processus normaux comme l'interférence ARN mais il peut également arrêter la synthèse des protéines et signaler des infections virales (cf. virus à ARN double brin). De même, l'ADN ss est beaucoup plus sujet à la dégradation que l'ADNdb, il signale souvent des dommages à l'ADN ou des infections causées par des virus à ADN simple brin et induit la mort cellulaire. Par conséquent, en raison de leurs fonctions, dans des conditions normales, la structure 3D de l'ADN est principalement une hélice double brin, tandis que l'ARN a une structure 3D complexe simple brin, "semblable à une protéine".

Cette réponse est incorrecte pour diverses raisons. D'une part, cela permet d'évaluer que l'ARN est plus flexible. Ce n'est pas le cas; L'ADN est. Le rôle décrit dans l'article d'Aleadam est donc minime. Les commentaires sur la dégradation ont peu à voir avec la capacité à adopter des structures 3D. Il s'agit davantage d'un reflet de la présence de mécanismes défensifs spécifiques via les DNases et les RNases.
#2
+6
Aleadam
2011-12-22 23:54:51 UTC
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Ce n'est pas mon domaine donc je risque une réponse erronée / incomplète ici, mais je dirais que la différence critique est l'occurrence presque complète d'ADN double brin qui empêche la formation des structures tertiaires en simple- ARN brin, plutôt que la différence 2'OH. En fait, et en suivant le lien que vous avez posté, les auteurs commentent même dans l'introduction que:

"Il est bien connu que l'ADN simple brin peut prendre des structures tertiaires intéressantes. Un ARNt et son ADN forme analogique des structures très similaires [9] ".

Je n'ai pas suivi la citation 9 [Paquette et al (1990), Eur. J. Biochem. 189,259-265], mais ils semblent répondre à votre question avec cette phrase. En substance, cela n'a probablement pas d'implication majeure.

#3
+3
bobthejoe
2012-01-23 16:40:20 UTC
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La réponse réside entièrement dans la stabilité thermodynamique qui est fournie avec un 2'-OH. Comme mentionné par Aleksandra, l'ARN n'adoptera que la conformation C3'-endo alors que l'ADN adopte à la fois le C2'-endo et le C3'-endo. En fait, cela rend le brin d'ADN plus flexible et non l'ARN. Ce faisant, un oligomère d'ADN simple brin sera capable d'adopter plus d'états.

La formation d'hélice d'ADN / ARN est principalement dirigée enthalpiquement . Lorsqu'une hélice se forme, l'ARN n'adoptera qu'une hélice de forme A alors que l'ADN adoptera à la fois une forme A et une forme B. Bien qu'il y ait plus de conformations possibles pour l'ADN, la réduction des contributions entropiques le rend nettement plus défavorable. Fait intéressant, c'est pourquoi les analogues d'ARN comme le PNA et les morpholinos ont de bonnes propriétés de liaison car ils formeront des appariements de bases plus stables sur le plan entropique avec leur séquence cible.

Pour ces raisons, il est beaucoup plus courant, alors voir Ribozymes structurés et les ARN non codants dans la nature même s'il est physiquement possible de produire des ADNzymes. Encore une fois, l'une des nombreuses raisons pour lesquelles l'hypothèse du monde de l'ARN a du sens.

#4
-1
ChemWizzard
2016-05-23 22:38:37 UTC
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le groupe OH dans la position deux agit comme un catalyseur nucléophile pour le clivage de l'ARN ou de l'ADN s'il avait un tel groupe. Puisque l'ADN doit rester intact tout au long de la vie d'une cellule, il serait désastreux s'il était clivé à cause du groupe 2'OH. L'ARN, d'autre part, est rapidement clivé selon les besoins par la cellule sans conséquences néfastes pour le code génétique des cellules afin qu'il puisse avoir un groupe OH.-chim majeur

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