Parallele DNA-Doppelhelices mit Watson-Crick-Basenpaarung: Warum treten sie nicht auf? [Duplikat]

„Die einzigen konkreten Vorschläge, die ich finden konnte, waren der DNA-Replikationsprozess und …“

Nein. Die Erklärung kann nichts mit DNA-Replikation zu tun haben. Wenn die Struktur nicht existiert, können Sie sie nicht replizieren, wenn dies der Fall ist, entwickelt die Natur einen Mechanismus. (Die verwandte SE-Frage, die von @Gilleain erwähnt wurde, fragte, ob sie sich noch replizieren könnte, wenn sie parallel wäre, dh unter Verwendung der Enzyme, die sich für parallele DNA entwickelt haben.)

Ich weiß, dass parallele DNA-Helices existieren …

Lassen Sie uns dies zunächst klären. Die vielleicht umfangreichste parallele Duplex-DNA, deren Struktur bestimmt wurde, ist die von Parvathy et al. . Die beiden parallelen Stränge davon sind unten dargestellt:

Folgende Punkte sind zu beachten:

1. Diese parallele DNA (und die kürzeren Beispiele, die ihr vorausgingen) ist kein reiner Abschnitt komplementärer Basenpaare.
2. Es wird an beiden Enden durch das stabilisiert, was die Autoren als „CC+-Klemmen“ bezeichnen. Man muss schlussfolgern, dass sich ohne diese der Duplex nicht bilden würde.
3. Alle komplementären Basenpaare sind vom Typ AT (eigentlich umgekehrte Watson-Crick-Basenpaare). Vermutlich hätten GC-Basenpaare die Struktur destabilisiert.

(Sie können diese Struktur hier dreidimensional begutachten . Wählen Sie den Stil „Licorice“ und die Farbe „nach Kette“ und beachten Sie die Nichtplanarität der drei Basis-„Paare“ an jedem Ende.)

Obwohl sich die Frage speziell auf parallele DNA-Helices mit Watson-Crick-Basenpaaren bezieht, sollte anerkannt werden, dass ausgedehnte parallele DNA-Helices, die aus irgendeiner Art von komplementären AT- und GC-Basenpaaren bestehen, nicht gefunden werden, und die Frage gilt gleichermaßen für sie.

„Wenn wir im Diagramm einen der Stränge umdrehen, während der andere gleich bleibt, sind immer noch Wasserstoffbrückenbindungen möglich.“

Das Diagramm in der Frage ist zweidimensional ; DNA ist dreidimensional . Nur wenn man die dreidimensionale Struktur der DNA betrachtet, kann man sich dieser Frage nähern.

Also wie würde man das machen? Man muss die freie Energie alternativer Strukturen im relevanten Millieu berücksichtigen, um zu bestimmen, welche auftreten werden (dh thermodynamisch stabiler sein werden).

1. Dies sagt Ihnen, ob einzelne DNA-Stränge mit parallelen Sequenzen eine doppelsträngige (ds) Struktur bilden oder nicht.

2. Dies wird Ihnen sagen, ob ds-parallele DNA mehr oder weniger energetisch stabil ist als eine ds-antiparallele DNA. Selbst wenn sich beide bilden können (was ich ohne besondere Umstände bezweifle*), würde die niedrigere thermodynamische freie Energie der antiparallelen dsDNA Organismen, die sie übernehmen, einen evolutionären Vorteil verschaffen.

Und die Antwort auf die Frage?

Es scheint unwahrscheinlich, dass ein einzelner Faktor dafür verantwortlich ist, oder es wäre in elementaren Lehrbüchern wie Berg et al. .

Um dies zu beantworten, wäre eine vollständige theoretische Analyse der Struktur oder Strukturen erforderlich. Zuerst müsste man ein Modell einer vorgeschlagenen parallelen Struktur bauen, die Watson-Crick-Basenpaare aufnehmen könnte. Dies ist an sich schon ein Problem, da es wahrscheinlich viele alternative Strukturen gibt. Vielleicht gibt es Computerprogramme, die die Struktur mit der niedrigsten Energie finden können. Dies würde auf klassische Weise berechnet, indem der positive Beitrag der Wasserstoffbrückenbindung (der von Abstand und Winkel abhängt), der ionischen Wechselwirkung usw. * gegen den negativen Beitrag der Ladung und der sterischen Abstoßung berechnet wird.

*Etc? Das zweidimensionale Diagramm berücksichtigt nicht den Beitrag der Basenstapelung (wie könnte es auch?), die in erheblichem Maße zur Stabilität von Nukleinsäurehelices beiträgt, da das ursprüngliche Coverdesign von Stryer's Biochemistry eine ständige Erinnerung ist: