Frage:
Warum wird in der DNA eher Thymin als Uracil verwendet?
Rory M
2011-12-17 02:57:09 UTC
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Welchen Vorteil hat die Substitution von Uracil durch Thymin in der DNA? Ich habe zuvor gelesen, dass es darauf zurückzuführen ist, dass Thymin "besser geschützt" und daher besser für die Speicherfunktion von DNA geeignet ist, was theoretisch in Ordnung zu sein scheint, aber warum macht die Zugabe einer einfachen Methylgruppe die Base besser geschützt? / p>

Ich habe jetzt die ursprüngliche Frage gestellt: ["Warum wird in RNA Uracil anstelle von Thymin verwendet?"] (Http://biology.stackexchange.com/questions/57990/why-is-uracil-rather-than-thymine) -used-in-rna) separat, wie versprochen.
Drei antworten:
#1
+112
Mad Scientist
2011-12-17 03:18:37 UTC
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Ein Hauptproblem bei der Verwendung von Uracil als Base besteht darin, dass Cytosin desaminiert werden kann, wodurch es in Uracil umgewandelt wird. Dies ist keine seltene Reaktion. Es kommt ungefähr 100 Mal pro Zelle und Tag vor. Dies ist kein großes Problem bei der Verwendung von Thymin, da die Zelle leicht erkennen kann, dass das Uracil nicht dorthin gehört, und es reparieren kann, indem es erneut durch ein Cytosin ersetzt wird.

cytosine deamination

Es gibt ein Enzym, Uracil-DNA-Glycosylase, das genau das tut. es schneidet Uracilbasen aus doppelsträngiger DNA heraus. Dies ist sicher möglich, da Uracil nicht in der DNA vorhanden sein soll und das Ergebnis einer Basenmodifikation sein muss.

Wenn wir Uracil in der DNA verwenden würden, wäre dies nicht so einfach Entscheiden Sie, wie dieser Fehler behoben werden soll. Dies würde die Verwendung dieses wichtigen Reparaturweges verhindern.

Die Unfähigkeit, solche Schäden zu reparieren, spielt für RNA keine Rolle, da die mRNA vergleichsweise kurzlebig ist und potenzielle Fehler nicht zu dauerhaften Schäden führen . Für die DNA ist dies sehr wichtig, da die Fehler bei jeder Replikation fortgesetzt werden. Dies erklärt, warum die Verwendung von Thymin in der DNA einen Vorteil hat, und nicht, warum RNA Uracil verwendet. Ich würde vermuten, dass es sich nur so entwickelt hat und es keinen signifikanten Nachteil gab, gegen den man sich entscheiden konnte, aber es könnte einen besseren Grund geben (schwierigere Biosynthese von Thymin vielleicht?).

Sie werden feststellen Ein bisschen mehr Informationen dazu in "Molekularbiologie der Zelle" von Bruce Alberts et al. im Kapitel über DNA-Reparatur (ab Seite 267 in der 4. Ausgabe).

Ich habe immer nur angenommen, dass Ribose besser an Uracil und Desoxyribose besser an Thymin gebunden ist. Soweit Sie wissen, ist dies nicht unbedingt wahr?
@fredsbend die 2'OH der Ribose und die Methylgruppe von Thymin sind ziemlich weit voneinander entfernt, es gibt keine offensichtliche Möglichkeit, wie sie sich gegenseitig beeinflussen würden.
Für eine starke teleologische Kritik des in dieser Antwort vorgebrachten Arguments siehe [Der evolutionäre Übergang von Uracil zu Thymin gleicht den genetischen Code aus] (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/%28SICI%291099- 128X% 28199603% 2910% 3A2% 3C163% 3A% 3AAID-CEM415% 3E3.0.CO% 3B2-S). (Siehe die Kommentare [hier] (https://biology.stackexchange.com/q/78534/1136)). Das Wesentliche der Kritik ist folgendes: Wie kann die Evolution die zukünftige Möglichkeit der Entwicklung des in der obigen Antwort beschriebenen Reparaturmechanismus "sehen"?
#2
+53
Ctina
2011-12-17 04:07:59 UTC
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Die Existenz von Thymin in DNA anstelle von Uracil ist offensichtlich auf einen Evolutionsprozess zurückzuführen, der die DNA stabiler gemacht hat.

Thymin ist resistenter gegen photochemische Mutationen, wodurch die genetische Botschaft stabiler wird. Eine grobe Erklärung, warum Thymin besser geschützt ist als Uracil, finden Sie im Artikel

Arthur M, L., Warum enthält DNA Thymin und RNA? Uracil? Journal of Theoretical Biology, 1969. 22 (3): p. 537-540.

, was drei Hauptgründe dafür gibt:

  1. "Die Anregungsenergie in der DNA ist mobil und wird schließlich übertragen zu Thyminresten, die die Orte der Strahlenschädigung sind. "Uracil, aber nicht Thymin bildet ein stabiles Photohydratationsprodukt. Die Dimerisierung von Thymin kann durch Bestrahlung bei relativ relativ teilweise photoreversiert werden längere Wellenlängen, während dieser Prozess für Uracil-Dimere aufgrund der konkurrierenden Photohydratationsreaktion weniger effektiv ist "

  2. " Die photochemische Mutation ist oder war zumindest einmal ein ernstes Problem. da es eine Reihe von Enzymen gibt, um Strahlenschäden zu reparieren. Daher war die Beständigkeit gegen Strahlenschäden ein wichtiger selektiver Vorteil. "

#3
+16
kalaz
2012-09-19 00:19:55 UTC
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Thymin ist resistenter gegen photochemische Mutationen, wodurch die genetische Botschaft stabiler wird. Dies bietet eine grobe Erklärung dafür, warum Thymin besser geschützt ist als Uracil.

Die eigentliche Frage ist jedoch: Warum ersetzt Thymin Uracil in der DNA? Es ist wichtig zu beachten, dass Uracil sowohl als Uridin (U) als auch als Desoxy-Uridin (dU) vorliegt, Thymin jedoch nur als Desoxy-Thymidin (dT). Die Frage lautet also: Warum machen sich Zellen die Mühe, Uracil zu Thymin zu methylieren, bevor es in der DNA verwendet werden kann? und die einfache Antwort lautet: Methylierung schützt die DNA.

Neben der Verwendung von dT anstelle von dU verwenden die meisten Organismen auch verschiedene Enzyme, um DNA nach ihrer Synthese zu modifizieren. Zwei solche Enzyme, dam und dcm methylieren Adenate bzw. Cytosine entlang des gesamten DNA-Strangs. Diese Methylierung macht die DNA für viele Nukleasen (Enzyme, die DNA und RNA abbauen) nicht wiederzuerkennen, so dass sie von Eindringlingen wie Viren oder bestimmten Bakterien nicht leicht angegriffen werden kann. Offensichtlich stellt die Methylierung der Nukleotide vor ihrem Einbau sicher, dass der gesamte DNA-Strang geschützt ist.

Thymin schützt die DNA auch auf andere Weise. Wenn Sie sich die Bestandteile von Nukleinsäuren, Phosphaten, Zuckern und Basen ansehen, sehen Sie, dass sie alle sehr hydrophil (wasserlöslich) sind. Offensichtlich wird das Hinzufügen einer hydrophoben (wasserunlöslichen) Methylgruppe zu einem Teil der DNA die Eigenschaften des Moleküls verändern. Der Haupteffekt besteht darin, dass die Methylgruppe vom Rest der DNA abgestoßen wird und an eine feste Position in der Hauptrille der Helix gebracht wird. Dies löst ein wichtiges Problem mit Uracil - obwohl es Adenin bevorzugt, kann Uracil mit fast jeder anderen Base, einschließlich sich selbst, Basenpaare bilden, je nachdem, wie es sich in der Helix befindet. Durch Anheften an eine einzelne Konformation beschränkt die Methylgruppe Uracil (Thymin) auf die Paarung nur mit Adenin. Dies verbessert die Effizienz der DNA-Replikation erheblich, indem die Rate von Fehlpaarungen und damit Mutationen verringert wird



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