Der chemische Unterschied zwischen RNA und DNA ist die fehlende 2'-Hydroxylgruppe in den Nukleotiden, aus denen die DNA aufgebaut ist. Der Haupteffekt dieser Änderung, den ich kenne, ist die höhere Stabilität von DNA im Vergleich zu RNA. Aber ich frage mich, ob dieser Unterschied signifikante Auswirkungen auf die Fähigkeit der DNA hat, komplexe, dreidimensionale Strukturen zu bilden.
Von RNA ist bekannt, dass sie in der Lage ist, komplexe Tertiärstrukturen zu bilden und als Ribozyme zu fungieren. Es hat eindeutig die Fähigkeit, eine Vielzahl von Strukturen zu bilden und kann eine Vielzahl chemischer Reaktionen katalysieren.
Soweit ich weiß, sind keine natürlich vorkommenden katalytischen DNAs bekannt. Aber im Labor wurde eine Reihe synthetischer DNA-Enzyme hergestellt, sodass es der DNA im Allgemeinen möglich ist, katalytische Strukturen zu bilden (siehe Breaker und Joyce 1994 für das erste hergestellte DNA-Enzym).
Ich frage mich, ob das fehlende 2'-OH bedeutet, dass DNA im Vergleich zu RNA weniger Potenzial hat, komplexe Strukturen zu bilden? Ich stelle mir vor, dass es die Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen verändert, aber ich weiß nicht, ob es die potenziellen Strukturen, die DNA annehmen könnte, signifikant verringern würde.
Brecher RR, Joyce GF; (Dezember 1994). "Ein DNA-Enzym, das RNA spaltet". Chem. Biol. 1 (4): 223–9
Um sicherzustellen, dass ich keine Äpfel und Birnen vergleiche, wird mein (Versuch der) Beantwortung der Frage in zwei Teile gegliedert: Vergleich von einzelsträngigen und doppelsträngigen Nukleinsäuren.
Sowohl DNA als auch RNA können einzelsträngige komplexe Tertiärstrukturen bilden, in denen die Sekundärstrukturelemente über Van-der-Waals-Kontakte und Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Das Vorhandensein einer 2'-Hydroxylgruppe führt dazu, dass der Ribosering andere Konformationen als die Desoxyribose in der DNA bevorzugt. Da die 2′-OH-Einheit sowohl ein Wasserstoffdonor als auch -akzeptor ist, verleiht sie der RNA außerdem eine größere Flexibilität , um 3D-Komplexstrukturen zu bilden, und eine größere Stabilität , um in einer dieser Konformationen zu bleiben. Wie Aleadam feststellt, zeigt dieses Papier , dass tRNA und ihr DNA-Analogon ähnliche Tertiärstrukturen bilden, obwohl tDNA nicht so stabil ist wie tRNA:
Daher behaupten wir, dass die globale Konformation von Nukleinsäuren hauptsächlich durch die Wechselwirkung von Purin- und Pyrimidinbasen mit Atomen und funktionellen Gruppen diktiert wird, die sowohl RNA als auch DNA gemeinsam sind. Aus dieser Sicht ist die 2-Hydroxylgruppe, zumindest in tRNA, ein strukturelles Hilfsmerkmal, dessen Rolle darauf beschränkt ist, lokale Wechselwirkungen zu fördern, die die Stabilität einer gegebenen Konformation erhöhen.
Diese Autoren zeigen auch, dass mindestens eine Schleife in dem tDNA-Analog anfälliger für eine Spaltung durch eine Restriktionsendonuclease ist. In dieser Region hat die tRNA ein Wassermolekül, das über Wasserstoff an die 2'-Hydroxylgruppe gebunden ist.
In der Literatur konnte ich nicht mehr solcher interessanten Vergleiche finden.
Sowohl DNA als auch RNA können doppelsträngige Strukturen bilden. Auch hier bestimmt die Zuckerkonformation die Form der Helix: Für DNA-Helix ist es normalerweise die B-Form , während helikale RNA unter fast allen Bedingungen eine A-Geometrie bildet. In der RNA-Helix finden wir die Ribose überwiegend in der C3'-endo -Konformation, da 2'-OH die für die B-Form-Geometrie notwendige C2'-endo-Konformation sterisch benachteiligt.
dsRNA und ssDNA geben der Zelle oft ein Signal, dass etwas nicht stimmt. dsRNA wird natürlich in normalen Prozessen wie RNA-Interferenz gesehen, kann aber auch die Proteinsynthese stoppen und Virusinfektionen signalisieren (vgl. doppelsträngige RNA-Viren ). In ähnlicher Weise ist ssDNA viel anfälliger für Abbau als dsDNA, sie signalisiert häufig DNA-Schäden oder Infektionen durch einzelsträngige DNA-Viren und führt zum Zelltod. Daher ist die DNA-3D-Struktur aufgrund ihrer Funktionen unter normalen Bedingungen meist eine doppelsträngige Helix, während die RNA eine einzelsträngige, "proteinähnliche", komplexe 3D-Struktur hat.
Dies ist nicht mein Gebiet, daher riskiere ich hier eine falsche/unvollständige Antwort, aber ich würde sagen, dass der entscheidende Unterschied das fast vollständige Vorkommen von doppelsträngiger DNA ist, das die Bildung der Tertiärstrukturen in einzelsträngiger RNA ausschließt. eher als die 2'OH-Differenz. Tatsächlich kommentieren die Autoren nach dem von Ihnen geposteten Link in der Einleitung sogar Folgendes:
„Es ist bekannt, dass einzelsträngige DNA interessante Tertiärstrukturen annehmen kann. Eine tRNA und ihr DNA-Analogon bilden sehr ähnliche Strukturen [9]“.
Ich bin dem Zitat nicht gefolgt 9 [Paquette et al (1990), Eur. J. Biochem. 189,259-265] , aber sie scheinen Ihre Frage mit diesem Satz zu beantworten. Im Wesentlichen hat es wahrscheinlich keine große Auswirkung.
Die Antwort liegt vollständig in der thermodynamischen Stabilität, die mit einem 2'-OH bereitgestellt wird. Wie von Aleksandra erwähnt, nimmt RNA nur die C3'-endo-Konformation an, während DNA sowohl die C2'-endo- als auch die C3'-endo-Konformation annimmt. Effektiv macht dies den DNA-Strang flexibler, nicht die RNA. Dadurch kann ein einzelsträngiges DNA-Oligomer mehr Zustände annehmen.
Die DNA/RNA-Helixbildung wird überwiegend enthalpisch angetrieben. Wenn sich eine Helix bildet, nimmt RNA nur eine A-Form-Helix an, während DNA sowohl eine A-Form als auch eine B-Form annimmt. Während es mehr mögliche Konformationen für DNA gibt, macht die Verringerung der Entropiebeiträge sie deutlich ungünstiger. Interessanterweise haben RNA-Analoga wie PNA und Morpholinos deshalb gute Bindungseigenschaften, da sie mit ihrer Zielsequenz eine entropisch stabilere Basenpaarung eingehen.
Aus diesen Gründen kommt es viel häufiger vor, strukturierte Ribozyme und nicht-kodierende RNAs in der Natur zu sehen, obwohl es physikalisch möglich ist, DNAzyme herzustellen. Wieder einer der vielen Gründe, warum die RNA-Welt-Hypothese Sinn macht.
die OH-Gruppe in der Zweierposition wirkt als nukleophiler Katalysator für die Spaltung von RNA oder von DNA, wenn sie eine solche Gruppe aufweist. Da die DNA während der gesamten Lebensdauer einer Zelle intakt bleiben muss, wäre es katastrophal, wenn sie wegen der 2'OH-Gruppe gespalten würde. Andererseits wird RNA nach Bedarf schnell von der Zelle gespalten, ohne nachteilige Folgen für den genetischen Code der Zelle, so dass sie eine OH-Gruppe haben kann.-chem major
bobthejoe