Question:
Pourquoi la thymine plutôt que l'uracile est-elle utilisée dans l'ADN?
Rory M
2011-12-17 02:57:09 UTC
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Quel est l'avantage de la substitution de la thymine par l'uracile dans l'ADN? J'ai lu précédemment que cela est dû au fait que la thymine est "mieux protégée" et donc plus adaptée au rôle de stockage de l'ADN, ce qui semble bien en théorie, mais pourquoi l'ajout d'un simple groupe méthyle rend-il la base plus bien protégée?

J'ai maintenant posté la question initiale, ["Pourquoi l'uracile, plutôt que la thymine, est-il utilisé dans l'ARN?"] (Http://biology.stackexchange.com/questions/57990/why-is-uracil-rather-than-thymine -used-in-rna) séparément, comme promis.
Trois réponses:
#1
+112
Mad Scientist
2011-12-17 03:18:37 UTC
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Un problème majeur lié à l'utilisation de l'uracile comme base est que la cytosine peut être désaminée, ce qui la convertit en uracile. Ce n'est pas une réaction rare; cela se produit environ 100 fois par cellule, par jour. Ce n'est pas un problème majeur lors de l'utilisation de la thymine, car la cellule peut facilement reconnaître que l'uracile n'y appartient pas et peut le réparer en le remplaçant à nouveau par une cytosine.

cytosine deamination

Il existe une enzyme, l ' uracile ADN glycosylase, qui fait exactement cela; il excise les bases uraciles de l'ADN double brin. Il peut le faire en toute sécurité car l'uracile n'est pas censé être présent dans l'ADN et doit être le résultat d'une modification de base.

Maintenant, si nous utilisions l'uracile dans l'ADN, ce ne serait pas si facile de le faire. Décidez comment réparer cette erreur. Cela empêcherait l'utilisation de cette voie de réparation importante.

L'incapacité de réparer de tels dommages n'a pas d'importance pour l'ARN car l'ARNm est relativement de courte durée et les erreurs potentielles n'entraînent aucun dommage durable . C'est très important pour l'ADN car les erreurs se poursuivent à chaque réplication. Maintenant, cela explique pourquoi il y a un avantage à utiliser la thymine dans l'ADN, cela n'explique pas pourquoi l'ARN utilise l'uracile. Je suppose que cela a simplement évolué de cette façon et qu'il n'y avait pas d'inconvénient significatif contre lequel on pouvait choisir, mais il pourrait y avoir une meilleure raison (une biosynthèse plus difficile de la thymine, peut-être?).

Vous trouverez un peu plus d'informations à ce sujet dans "Molecular Biology of the Cell" de Bruce Alberts et al. dans le chapitre sur la réparation de l'ADN (à partir de la page 267 dans la 4e édition).

J'ai toujours simplement supposé que le ribose s'attachait mieux à l'uracile et le désoxyribose était mieux attaché à la thymine. Pour autant que vous le sachiez, ce n'est pas nécessairement vrai?
@fredsbend, le 2'OH du ribose et le groupe méthyle de la thymine sont assez éloignés l'un de l'autre, il n'y a pas de manière évidente qu'ils s'affectent mutuellement.
Pour une puissante critique téléologique de l'argument avancé dans cette réponse, voir [La transition évolutionnaire de l'uracile à la thymine équilibre le code génétique] (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/%28SICI%291099- 128X% 28199603% 2910% 3A2% 3C163% 3A% 3AAID-CEM415% 3E3.0.CO% 3B2-S). (voir les commentaires [ici] (https://biology.stackexchange.com/q/78534/1136)). L'essence de la critique est la suivante: comment l'évolution peut-elle «voir» la possibilité future de développer le mécanisme de réparation décrit dans la réponse ci-dessus?
#2
+53
Ctina
2011-12-17 04:07:59 UTC
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L'existence de la thymine dans l'ADN au lieu de l'uracile est apparemment due à un processus d'évolution qui a rendu l'ADN plus stable.

La thymine a une plus grande résistance à la mutation photochimique, rendant le message génétique plus stable. Une explication approximative de pourquoi la thymine est plus protégée que l'uracile, peut être trouvée dans l'article

Arthur M, L., Pourquoi l'ADN contient de la thymine et de l'ARN uracile? Journal of Theoretical Biology, 1969. 22 (3): p. 537-540.

ce qui donne trois raisons majeures pour que cela se produise:

  1. "L'énergie d'excitation dans l'ADN est mobile et est finalement transférée aux résidus de thymine, qui sont les sites de dommages causés par les radiations. "

  2. " L'uracile, mais pas la thymine, forme un produit de photohydratation stable. La dimérisation de la thymine peut être partiellement inversée par irradiation à relativement longueurs d'onde plus longues, alors que ce processus est moins efficace pour les dimères d'uracile en raison de la réaction de photohydratation concurrente "

  3. " La mutation photochimique est, ou du moins était à un moment donné, un problème grave, car il existe une série d'enzymes pour réparer les dommages causés par les rayonnements. Par conséquent, la résistance aux dommages causés par les rayonnements était un avantage sélectif important. "

#3
+16
kalaz
2012-09-19 00:19:55 UTC
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La thymine a une plus grande résistance à la mutation photochimique, ce qui rend le message génétique plus stable. Cela offre une explication approximative des raisons pour lesquelles la thymine est plus protégée que l'uracile.

Cependant, la vraie question est: pourquoi la thymine remplace-t-elle l'uracile dans l'ADN? La chose importante à noter est que si l'uracile existe à la fois sous forme d'uridine (U) et de désoxy-uridine (dU), la thymine n'existe que sous forme de désoxy-thymidine (dT). La question devient donc: pourquoi les cellules se donnent-elles la peine de méthyler l'uracile en thymine avant de pouvoir l'utiliser dans l'ADN? et la réponse facile est: la méthylation protège l'ADN.

En plus d'utiliser dT au lieu de dU, la plupart des organismes utilisent également diverses enzymes pour modifier l'ADN après qu'il a été synthétisé. Deux de ces enzymes, dam et dcm méthylent respectivement les adénines et les cytosines le long du brin d'ADN entier. Cette méthylation rend l'ADN méconnaissable pour de nombreuses nucléases (enzymes qui décomposent l'ADN et l'ARN), de sorte qu'il ne peut pas être facilement attaqué par des envahisseurs, comme des virus ou certaines bactéries. Évidemment, la méthylation des nucléotides avant leur incorporation garantit que tout le brin d'ADN est protégé.

La thymine protège également l'ADN d'une autre manière. Si vous regardez les composants des acides nucléiques, des phosphates, des sucres et des bases, vous voyez qu'ils sont tous très hydrophiles (solubles dans l'eau). De toute évidence, l'ajout d'un groupe méthyle hydrophobe (insoluble dans l'eau) à une partie de l'ADN va changer les caractéristiques de la molécule. L'effet principal est que le groupe méthyle sera repoussé par le reste de l'ADN, le déplaçant vers une position fixe dans la rainure principale de l'hélice. Cela résout un problème important avec l'uracile - bien qu'il préfère l'adénine, l'uracile peut s'apparier à presque toutes les autres bases, y compris lui-même, en fonction de la façon dont il se situe dans l'hélice. En le ramenant à une seule conformation, le groupe méthyle limite l'uracile (thymine) à l'appariement uniquement avec l'adénine. Cela améliore considérablement l'efficacité de la réplication de l'ADN, en réduisant le taux de mésappariements, et donc de mutations.



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