Ist die DNA-Mutation das DNA-Molekül lokal energetisch stabilisierend

Ich bin kein Biologe, aber als Physiker sollte eine spontane Mutation (als chemische Umwandlung gesehen) die Energie des Systems zumindest lokal senken. Ich frage mich also, ob irgendwelche Forschungen in dieser Richtung für die DNA durchgeführt wurden.

Nicht alle Reaktionen senken die chemische potentielle Energie aller ihrer Produkte - betrachten Sie jede endotherme Reaktion, bei der Wärmeenergie zu chemischer potentieller Energie wird. Reaktionen erhöhen tatsächlich die Entropie des Universums, nicht seine Stabilität - die Betrachtung von Potentialen ist nur eine Annäherung.
Selbst wenn Sie sich der Wahrheit nur annähern wollen, indem Sie Energiepotentiale betrachten, warum sollte Ihr Verständnis Sie nicht gleichermaßen für die Erwartung prädisponieren, dass das andere Reaktionsprodukt eine niedrigere Energie erhalten würde?
@Mason: Physikalische Systeme entwickeln sich immer spontan zu einem niedrigeren Energiezustand.
@hanuman, ich bin bei Masonk. DNA-Mutationen sind eher ein Ergebnis der Entropie als irgendeine enthalpische Antriebskraft. Außerdem, über welches System sprechen wir, DNA? Zelle? Leben?
Ich bin Physiker: Thermodynamik Entropie ist ein makroskopischer Parameter (als T), der nur für Systeme definiert ist, die aus einer großen Anzahl von Teilchen wie einem Gas bestehen. Es gibt keine Thermodynamik für ein einzelnes Molekül ... Sie haben nur QM, Energie- und Impulserhaltung für ein einzelnes Molekül.
@Hanuman, aus Sicht der Statistik ist das Polymer nicht nur ein einzelnes Molekül, sondern Perlen an einer Schnur. Soweit ich weiß, sollten Sie in der Lage sein, die Entropie zu quantifizieren, indem Sie die Anzahl der Zustände W vergleichen. Außerdem betrachten Sie in dem von Ihnen angegebenen Problem kein einzelnes DNA-Molekül, sondern externe Faktoren wie Mutagene und Enzyme. Diese Moleküle wirken gemeinsam, um die Entropie des Systems zu erhöhen.

Antworten (3)

Eine spontane Mutation (als chemische Umwandlung angesehen) sollte die Energie des Systems senken

Warum denkst du, dass? Weil es eine endotherme Reaktion ist?

Bedenken Sie, dass Mutationen nicht „einfach so“ passieren (zumindest meines Wissens) – sie werden durch externe Energiezufuhr von Dingen wie reaktiven Sauerstoffspezies oder ionisierender Strahlung ausgelöst. Also ja, sie kosten Energie, aber diese Energie kommt nicht aus energetisch instabilen chemischen Bindungen; es wird aus externen Quellen ergänzt.

Es ist also nicht unbedingt wahr, dass Mutationen chemische Bindungen mit niedrigerer Energie erzeugen.

Ich werde versuchen, eine Antwort darauf auf der Ebene der Biochemie im Grundstudium zu geben: Entschuldigung im Voraus, wenn dies nicht ausreichend differenziert ist.

Die häufigste spontane Mutation ist die Desaminierung von Cytosin zu Uracil (Hydrolyse mit Ammoniakverlust). Streng genommen wäre dies, wie mir scheint, aufgrund der Änderung von einem GC-Basenpaar (3 Wasserstoffbrückenbindungen) zu einem GU-Basenpaar (2 Wasserstoffbrückenbindungen) destabilisierend , was die Doppelhelixstruktur des DNA-Moleküls betrifft.

Danke für deine Antwort. Wenn das DNA-Molekül durch eine spontane Mutation lokal destabilisiert wird, sind die Chancen größer, dass eine andere spontane Mutation die Stabilität lokal wiederherstellt, und das sollte die Evolution bis zum Stillstand verlangsamen, wenn nur eine spontane Mutation in Betracht gezogen würde.

Die Reaktionskinetik von DNA-Mutationen wird durch die Tatsache erschwert, dass die DNA nicht isoliert existiert, sondern aktiv von der zellulären Maschinerie verarbeitet und aufrechterhalten wird.

Wie Alan Boyd feststellt, ist beispielsweise die häufigste spontane Mutation die Desaminierung von Cytosin zu Uracil : Cyt + H 2 O → NH 3 + Ura. Allein die Umkehrung dieser Reaktion, dh spontane Aminierung von Uracil zu Cytosin, wäre schon wegen der im Vergleich zu Wasser geringen Konzentration von Ammoniak in der Zellflüssigkeit sehr unwahrscheinlich.

In einer lebenden Zelle gibt es jedoch DNA-Reparaturenzyme, die aktiv nach Uracil in der DNA suchen und es entfernen , sodass andere Enzyme hinzukommen und es durch das ursprüngliche Cytosin ersetzen können. Dies hält die effektive Cyt → Ura-Mutationsrate weit unter dem, was sie ohne aktive Reparatur wäre.

Ist die DNA-Mutation das DNA-Molekül lokal energetisch stabilisierend
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