Wie @canadianer kommentiert, ist diese Frage unbeantwortbar und wird fast als „meinungsbasiert“ eingestuft. Da ich die Antwort des OP jedoch nicht ansprechend finde, habe ich einige eigene Punkte dargelegt. Kaum eine Antwort – eher eine Liste von Alternativen als Denkanstoß.

Ich kann mir vorstellen, dass Adenin aus einem der folgenden Gründe gewählt wird (andere können gerne Ergänzungen vorschlagen):

• Funktionell bestens geeignet
• War zuerst da
• Ursprünglich am einfachsten oder billigsten zu synthetisieren (was erklären würde, warum es zuerst da war, wenn dies der Fall wäre)
• Zufällige Auswahl

Schauen wir sie uns der Reihe nach an.

Adenin ist funktionell am besten geeignet

Es scheint nichts in der Funktion von NAD zu geben, was darauf hindeutet, dass der Adeninring nicht durch eine andere der Basen ersetzt worden sein könnte, und wir wissen, dass die freie Energie der Hydrolyse der Beta-Gamma-Phosphodiesterbindungen von GTP, CTP und UTP genutzt werden kann ein analoger Weg zu dem von ATP, daher erscheint dies nicht sehr wahrscheinlich.

Man fragt sich jedoch, ob ein Purinring (anstelle eines Pyrimidinrings) irgendeinen Vorteil bringt, da das andere auf Purin basierende Triphosphat, GTP, so weit verbreitet in dem (alten und wesentlichen) Prozess der Proteinbiosynthese verwendet wird. Vielleicht begünstigte die größere Kontaktfläche des Purinrings die Wechselwirkung mit Proteinen (wenn Sie nicht argumentieren, dass diese später kamen).

Adenin war zuerst da

Man könnte bedenken, dass die Basen (oder Nukleoside und Nukleotide) früh in der Evolution des Lebens eine nach der anderen auftauchten, wobei in diesem Fall die erste für NAD usw. verwendet worden sein könnte und hängen geblieben ist. Man könnte auch überlegen, ob eine Welt mit zwei Basen einer Welt mit vier Basen vorausgegangen ist. Wenn A und U (aber nicht G und C) in der ersten RNA waren (die möglicherweise einzelsträngig war, daher sehe ich nicht, dass der GC-Gehalt zeitgenössischer Thermophiler relevant ist), dann war es möglicherweise eine Wahl zwischen A und U, das A gewonnen haben könnte, weil U einer spontanen Desaminierung unterliegt (oder für das oben erwähnte Protein-Wechselwirkungs-Argument).

Adenin als ursprünglich am einfachsten oder energetisch günstigsten zu synthetisieren

Offensichtlich könnte die erste Base diejenige gewesen sein, die von der Chemie in Bezug auf ihre Synthese bevorzugt wurde. Es ist unwahrscheinlich, dass die heutige Biosynthese die urzeitliche Biosynthese widerspiegelt, aber es ist amüsant zu beobachten, dass die Adenosin-Biosynthese die einzige ist, die keine NAD-abhängige Oxidation beinhaltet. Natürlich verwenden alle gegenwärtigen Biosynthesen Ribosylpyrophosphat, das ATP bei seiner Synthese aus Ribosephosphat benötigt. (Sprich über Huhn und Ei!)

Zufällige Auswahl, die hängen blieb

In Ermangelung einer ausgefeilteren Erklärung könnte es nur dies sein. Sobald eine Wahl getroffen war und sich Enzyme zur Verwendung von NAD usw. entwickelten, konnte die Wahl von Adenin nicht mehr geändert werden (oder es gab keinen ausreichend starken funktionellen Vorteil, dies zu tun).

Nachtrag: Wann und wie erschien NAD auf der Bildfläche?

Einer der Gründe, warum ich die Antwort des OP nicht befürworte, ist, dass NAD nach DNA-Genomen und als separate Einheit entsteht. Ich würde vorschlagen, dass es wahrscheinlich ist, dass RNA der DNA vorausging und dass katalytische RNA für einige der frühen Oxido-Reduktionen verantwortlich war. (Die ersten wurden wahrscheinlich durch Eisen-Schwefel-Zentren katalysiert, entweder anorganisch oder assoziiert mit einfachen Proteinen.) Es scheint möglich, dass der Nicotinamidring eine Weiterentwicklung eines Ribozyms war, das schließlich fast vollständig durch Protein ersetzt wurde. Das Adenosin wurde mit dem funktionellen Nicotinamid beibehalten, weil es besser mit dem Protein interagieren konnte. Grobe Spekulation, und es erklärt nicht, warum Adenin die gewählte Basis war, aber ein Gegenmittel gegen die Annahme, dass sich NAD in der ausgewachsenen Form entwickelt hat, wie wir es heute sehen.

Einer der Gründe, warum Adenin bei weitem die häufigste Komponente in Energieträgern ist, könnte sein geringerer Nutzen in der DNA sein. Auch Naitoh (2008) beschreibt diese Meinung. Berücksichtigt man die Bedingungen auf der Erde, als sich das erste Leben entwickelt hätte, lässt sich dies leicht konzeptualisieren. Naitoh (2008)verglichen RNAs vieler verschiedener Arten von Hyperthermophilen und fanden heraus, dass sie einen größeren Prozentsatz an Guanin und Cytosin anstelle von Adenin und Uracil enthielten. Sie schlugen vor, dass dies daran liegen könnte, dass Guanin und Cytosin stärkere Basenpaare bilden als Adenin und Uracil. Während also Guanin und Cytosin als Bestandteile von DNA und/oder RNA bevorzugt wurden, fanden Adenin und Uracil Platz in anderen Prozessen. Während Uracil in Reaktionen zur Erzeugung von Polysacchariden verwendbar geworden wäre, wäre Adenin eine bevorzugte Wahl für Energieträgermoleküle gewesen. PS: Wir könnten die gleiche Hypothese auch auf ein dsRNA-Virus anwenden, das möglicherweise GC-reiche RNA entwickelt und mehr AU-Gehalt in seinem Wirt hinterlassen hat. Auf diese Weise scheint es wahrscheinlicher, dass dieser Prozess einen AU-Aufbau im Host verursacht.

Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, was passieren könnte, nehmen wir an, es gibt einen einzelligen Organismus mit der folgenden DNA-Sequenz:

5'-GCATGCATGCATGCAT-3'
3'-CGTACGTACGTACGTA-5'

und einige freie Nukleotide, angenommen 5 GTP + 5 CTP + 5 ATP + 5 TTP. Da nun G und C aufgrund der größeren Stabilität, die sie der DNA verleihen, bevorzugt werden, würden sie schließlich einen Teil des A und T in der DNA ersetzen, was später zu:

5'-GCGCCGCATGCGCGCAT-3'
3'-CGCGCGTACGCGCGTA-5'

Geben Sie einige freie Nukleotide als 1 GTP + 1 CTP + 9 ATP + 9 TTP. Diese zusätzlichen ATP und TTP könnten wegen der höheren Verfügbarkeit in anderen Reaktionen gegenüber GTP und CTP bevorzugt werden. Nun könnte es nur ein Zufall oder eine bessere Funktionalität von Adenin sein (wie eine andere Antwort sagt), aufgrund derer es gegenüber Thymin (oder Uracil) gewählt wurde.

Warum viele andere Energieträger Adenin enthalten, ist im Folgenden nur Spekulation. Ausgehend von der Annahme, dass Nukleotidtriphosphate die ersten Energieträgermoleküle waren (da sie die Vorläufer genetischer Materialien sind), wären sie für viele andere Prozesse abgeleitet worden. Und bei einigen solchen Prozessen wären sie so in ein anderes Molekül eingebaut worden, dass das gebildete neue Molekül auch als Energieträger-Molekül fungiert hätte. Zum Beispiel erfordert die Biosynthese von NAD ⁺ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid, obwohl es technisch gesehen ein Hydrid-Ion ist, dh ein H ^- Träger ) ADP-Ribose als Vorstufe ( Wikipedia ). Siehe das Diagramm unten für den Biosyntheseweg (von PNAS ):

Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) wird ebenfalls auf ähnliche Weise synthetisiert. Siehe dieses Diagramm (aus Wikipedia ):

Daraus können wir schließen, dass ATP einst als Substrat in einer Reaktion fungierte, deren Produkt (oder Zwischenprodukt) NAD ⁺ /FAD war. Dieses Molekül erwies sich als nützliches energietragendes Molekül. Auch das Vorkommen von Adenin in anderen Energieträgern könnten wir mit dieser Hypothese erklären.

Ein weiterer Grund, der für die Bevorzugung von Adenin eine entscheidende Rolle gespielt haben könnte, könnte seine größere Stabilität gegenüber anderen Nukleobasen sein.

Die Unterteilung der Nukleobasen in Purine (A, G) und Pyrimidine (C, T, U) lässt zunächst einen Blick auf die Pyrimidine werfen. Es ist eine allgemein anerkannte Tatsache, dass Pyrimidine anfälliger für Schäden sind, insbesondere für Schäden, die durch UV-Strahlung verursacht werden. Es ist bekannt, dass Pyrimidine aufgrund von UV-Strahlung Dimere bilden, wie Cytosin-Dimer, Thymin-Dimer und Uracil-Dimer (siehe Wikipedia ). Außerdem haben Untersuchungen ergeben, dass, sobald die Aromatizität eines Pyrimidins verloren geht, seine C4-Position zu einem Hotspot für ein tetraedrisches Zwischenprodukt wird, dessen Abbau große Probleme verursachen kann, einschließlich DNA-Strangbrüche ( Lin et al , 2014 ).

In Bezug auf Purine wurde gezeigt, dass Guanin anfälliger für kovalenten Angriff ist als Adenin. Dies könnte an den unterschiedlichen elektronischen Ladungsverteilungen in den beiden Basen liegen. Die Stellen O6, N7 (in der großen Furche), N1, N2 und N3 (in der kleinen Furche) sind die bevorzugten Stellen für kovalente Angriffe ( Neidle, 2002 ). Dieser Punkt wird auch durch die Tatsache gestützt, dass die häufigsten modifizierten Purine, Xanthin und 7-Methylguanin, eigentlich die modifizierten Formen von Guanin sind (siehe Wikipedia ), was wiederum eine größere Stabilität von Adenin gegenüber Guanin bedeutet (obwohl Hypoxanthin aus Adenin hergestellt wird, aber die Reaktion ist mehrstufig und erfordert viele Enzyme).

Warum über Stabilität sprechen?

Die naheliegendste Frage, die sich jetzt stellt, ist, warum sprechen wir von Stabilität? Wenn eine Nukleobase stabiler ist, sollte sie ein bevorzugter Bestandteil der Nukleinsäure sein (was meiner eigenen Behauptung in einer anderen Antwort widerspricht).Um diesen Teil zu beantworten, sprechen wir in verschiedenen Antworten über Stabilität in verschiedenen Kontexten. In dieser Antwort sprechen wir von der Stabilität der Nukleobase selbst, während wir in der anderen Antwort von der Gesamtstabilität sprechen, die die Nukleobase der Nukleinsäure verleiht. Wenn eine Nukleobase in einer Nukleinsäure modifiziert wird, kann sie leicht durch verschiedene Reparaturmechanismen repariert werden (denken Sie an Reparaturmechanismen von Strangbrüchen und Dimeren). Wird dagegen eine freie Nukleobase (in Form von NTP oder dNTP) modifiziert, kann dies andere Zellbestandteile schwer schädigen. Ein weiterer Punkt ist, dass, wenn eine Nukleobase modifiziert wird, sich ihre Struktur ändert. Diese veränderte Struktur kann andere Proteine ​​daran hindern, dieses Molekül zu erkennen. Wenn zum Beispiel Guanin ein Bestandteil von NADH (das wir NGDH nennen würden) gewesen wäre, Es könnte zu Xanthin modifiziert werden (und NXDH bilden ...?). Nun könnten die NGDH-Bindungsstellen verschiedener Proteine ​​dieses Molekül nicht erkennen, und da dieses Molekül kein Bestandteil der DNA ist, würden Reparaturmechanismen hier auch nicht viel helfen. Daher wird die stabilste Nukleobase (Adenin) auch wegen ihrer Stabilität als Bestandteil verschiedener Energieträger bevorzugt.

PS: Der Stabilitätspunkt kann auch erklären, warum GTP auch in einigen entscheidenden Stoffwechselreaktionen wie der Proteinsynthese und dem TCA-Zyklus verwendet wird, da Guanin nach Adenin die stabilste Nukleobase ist.