Warum ist DNA antiparallel? Kann es parallel sein?

Interessanterweise ist die Antwort ja. Das Problem mit parallelen Strängen besteht darin, dass sich die DNA nicht auf die bekannte Weise paart, wenn sie antiparallel (oder Watson-Crick-Paare) kombiniert wird. Ich habe verschiedene Bilder gefunden, die die Probleme veranschaulichen:

Beide Bilder stammen aus diesem Blogbeitrag (ursprünglich aus einer dort zitierten Publikation, die online nicht verfügbar ist). Beide Bilder zeigen eine verzerrte DNA-Struktur.

Dieser Artikel (" NMR-Struktur eines parallelsträngigen DNA-Duplex bei atomarer Auflösung ") zeigt eine schematischere Lösung dieses Problems, indem er die einzelnen Paarungen zeigt. C und G können nicht wie bei der Watson-Crick-Paarung 3 Wasserstoffbrückenbindungen aufbauen.

Teilbild A und C zeigen die Watson-Crick-Paare, die anderen stammen aus parallelen Bindungen.

Diese Strukturveränderung stört die Funktion der DNA (die zum Beispiel beim Korrekturlesen auf den Rückwärtsstrang angewiesen ist). Enzyme, die DNA replizieren, transkribieren, reparieren usw., werden an dieser veränderten Struktur nicht arbeiten, da ihre Funktion von den strukturellen Merkmalen der DNA abhängt.

Ich denke, eine interessante Möglichkeit ist, dass es sehr schwierig ist, mit der PARALLEL-Konstruktion „interessante“ Strukturen zu erstellen. Dies ist für die DNA selbst nicht wichtig, aber für RNA-Moleküle jetzt entscheidend ... und noch wichtiger historisch in der "RNA-Welt". Bedenken Sie: Wenn Sie eine Struktur mit ANTIPARALLEL-Paarung herstellen, muss sich die Nukleinsäure lediglich um 180 Grad „umdrehen“ (bekannt als „Haarnadeldrehung“), bevor sie sich mit sich selbst paaren kann (dh eine Ausgangsstruktur bildet). Dies wird durch tRNA http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/structure/tRNA/trna_intro.htm gut veranschaulicht

Nun – versuchen Sie, eine tRNA-ähnliche Struktur mit PARALLEL-Paarung zu zeichnen – ein Strang muss eine VOLLSTÄNDIGE 360-Grad-Drehung durchlaufen, bevor er sich selbst paaren kann. Dies ist verschwenderisch und ohne viel hinzugefügte Sequenz vielleicht sogar unmöglich. Da die meisten Leute akzeptieren, dass die Anfänge des Lebens RNA oder RNA-ähnliche Moleküle waren, die sowohl funktional waren (was sinnvolle Formen erfordert ) als auch „codieren“ (DNA- oder RNA-Sequenz), wenn Formen übermäßig verworren waren oder kein Leben entstehen konnten kann nicht starten.

Dies wäre ein evolutionäres, im Gegensatz zu einem strukturellen Argument gegen parallele Strukturen.

Hier gibt es ein weiteres Problem, das eher biologisch ist. Im Allgemeinen laufen die Enzyme, die DNA replizieren und "lesen", in einer Richtung entlang des einzelnen DNA-Strangs, an dem sie arbeiten. Die Tatsache, dass der andere DNA-Strang in die entgegengesetzte Richtung verläuft, macht es diesen Enzymen unmöglich, von einem Strang zum anderen zu springen, und stellt sicher, dass sie mit den richtigen Informationen arbeiten, um ihre Arbeit zu erledigen. Wenn die DNA-Stränge parallel wären, würden sich die Enzyme wahrscheinlich an einem Ort anheften und dann zufällig Informationen von beiden Strängen lesen, und die erzeugten Informationen wären Unsinn. Während es also chemisch möglich ist, parallele DNA zu haben, hätte ein biologisches System, das auf paralleler DNA basiert, einen großen Wettbewerbsnachteil, und wenn sie jemals entstehen würden,