¿Por qué desoxirribosa para el ADN y ribosa para el ARN?

Buena pregunta que conduce a los fundamentos del ADN y el ARN.

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es el núcleo de la vida en la Tierra, todos los organismos vivos conocidos utilizan el ADN como su columna vertebral genética. El ADN es tan preciado y vital para los eucariotas que se mantiene empaquetado en el núcleo celular, se copia pero nunca se elimina porque nunca deja la seguridad del núcleo. El ADN dirige toda la actividad celular delegándola al ARN. El ARN (ácido ribonucleico) tiene diversos tipos de funciones biológicas en la codificación, decodificación, regulación y expresión de genes. El ARN transporta mensajes desde el núcleo de la célula hasta el citoplasma.

La estructura de los nucleótidos de ARN es muy similar a la de los nucleótidos de ADN, con la principal diferencia de que el esqueleto de azúcar ribosa en el ARN tiene un grupo hidroxilo (-OH) que el ADN no tiene. Esto le da al ADN su nombre: ADN significa ácido desoxirribonucleico. Otra diferencia menor es que el ADN usa la base timina (T) en lugar de uracilo (U). A pesar de las grandes similitudes estructurales, el ADN y el ARN desempeñan funciones muy diferentes entre sí en las células modernas.

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El ARN tiene tres características principales que lo diferencian del ADN.

• El ARN es muy inestable y se descompone rápidamente.
• El ARN contiene uracilo en lugar de timina.
• El ARN es casi siempre monocatenario.

El ADN y el ARN usan un azúcar ribosa como elemento principal de sus estructuras químicas, el azúcar ribosa que se usa en el ADN es desoxirribosa, mientras que el ARN usa azúcar ribosa sin modificar.

ribosa y desoxirribosa

En la figura anterior podemos ver que la principal diferencia entre las dos moléculas es la presencia de OH en la ribosa (cola 2') y la ausencia en la desoxirribosa. Hay una diferencia en un átomo de oxígeno, ya que el nombre significa desoxirribosa. Tanto la ribosa como la desoxirribosa tienen un átomo de oxígeno (O) y un átomo de hidrógeno (H) (un grupo OH) en sus sitios 3'. Los grupos OH son de naturaleza muy reactiva, por lo que se requiere la cola 3' OH para que se formen enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos en los átomos de ribosa y desoxirribosa.

Responder

El ADN es una molécula tan importante que debe protegerse de la descomposición y otras reacciones. La ausencia de un Oxígeno es la clave para extender la longevidad del ADN. Cuando el oxígeno 2' está ausente en la desoxirribosa, es menos probable que la molécula de azúcar se involucre en las reacciones químicas (la naturaleza agresiva del oxígeno en las reacciones químicas es famosa). Entonces, al eliminar el oxígeno de la molécula de desoxirribosa, el ADN evita que se descomponga . Desde el punto de vista de un ARN, el oxígeno es útil, a diferencia del ADN, el ARN es una herramienta a corto plazo utilizada por la célula para enviar mensajes y fabricar proteínas como parte de la expresión génica. Hablando simplemente, el ARNm (ARN mensajero) tiene la función de activar y desactivar los genes, cuando se necesita poner un gen en ON, se crea el ARNm y para mantenerlo desactivado, se elimina el ARNm. Asi queel grupo OH en 2' se usa para descomponer el ARN rápidamente, lo que hace que los genes afectados estén en estado APAGADO.

Finalmente, el azúcar ribosa se coloca en el ARN para descomponerlo fácilmente y el ADN usa azúcar desoxirribosa para la longevidad.

Referencias

Carne y huesos del metabolismo - Marek H. Dominiczak

Genética para Dummies - Tara Rodden Robinson

Adición a la respuesta de Jvrek basada en los comentarios. La mayoría de los mecanismos de degradación del ARN catalizados por diferentes ARNasas (ARNasa-A y ARNasa-S, por ejemplo), involucran al 2'-OH. Por lo tanto, el repertorio de ARNasas es selectivo hacia el ARN y no hacia el ADN debido al 2'-OH.

¿Por qué ADN para el material genético?

Creo que la respuesta correcta y suficiente a esto es la que se repite con tanta frecuencia que es difícil encontrar la fuente original. Por ejemplo, GFJoyce escribió en un artículo de revisión de Nature de 2002 :

La principal ventaja del ADN sobre el ARN como material genético es la mayor estabilidad química del ADN, lo que permite genomas mucho más grandes basados ​​en el ADN.

Para expandirse, el ARN no es adecuado para genomas grandes porque el 2'-OH de la ribosa (obviamente ausente de la 2'-dexoyribosa del ADN) hace que el enlace fosfodiéster sea susceptible a la hidrólisis alcalina (ver ilustración adaptada del artículo de Wikipedia ).

Esto ocurrirá lentamente a un pH de 7,6, pero a una velocidad calculada como suficiente para degradar un ARN de 1000 nucleótidos en unos 70 días. Esto explica por qué todos los virus de ARN tienen genomas pequeños (y por qué algunos, como el virus de la gripe, están segmentados).

¿Por qué ARN para otras funciones informativas?

Aquí hay una variedad de argumentos ad hoc , pero ninguno tan concluyente como el argumento anterior para el ADN. Esto se debe en parte a que hay una variedad de funciones que realiza el ARN: uno puede presentar diferentes argumentos para cada una. Antes de hacer un comentario que no creo que se haya mencionado anteriormente, diría que lo más probable es que el ARN precediera al ADN (ya sea que uno crea o no que precedió a la proteína) y que tendría que haber una ventaja selectiva para que los organismos cambiaran de ARN a ADN. Uno puede ver eso para el genoma, pero no para las otras funciones.

Este argumento también se aplica a la catálisis, pero de una manera ligeramente diferente. Si las enzimas de ARN (ribozimas) precedieron a las enzimas proteicas, la mayoría de las ribozimas se han desechado porque las enzimas proteicas son más eficientes y los organismos que las desarrollaron tenían ventaja. Los que quedan están tan íntimamente relacionados con el ARN que habría sido difícil reemplazarlos por proteínas. Entonces, las respuestas a esta pregunta acerca de que el ADN no puede reemplazar al ARN catalítico, aunque correctas, me parecen periféricas a la pregunta general de la función del ARN.

La función central del ARN está seguramente en la síntesis de proteínas: ARNm, ARNr, ARNt. Una cosa que quizás tengan en común es una estructura tridimensional que difiere de una doble hélice extendida. (Sí, el ARNm también tiene una estructura terciaria). El ARN se presta más fácilmente a tales estructuras porque la diferencia química entre la ribosa y la desoxirribosa conduce a una estructura helicoidal diferente (hélice A) de la del ADN (hélice B). Para citar a Fohrer et al. :

La presencia del grupo ribosa 2'-hidroxilo en el ARN genera una preferencia por el endo -arrugado C3' , proporcionando así el factor decisivo para las diferencias en conformación, hidratación y estabilidad termodinámica entre las hélices canónicas de ARN y ADN.

(Imagen de Niel Henriksen que muestra el fruncido endo C3'- y C2'- de la ribosa. El fruncido endo C2'- se encuentra en la desoxirribosa en la hélice B-DNA).

La hélice A de ARN implica un emparejamiento de bases menos estricto que la hélice B de ADN (de ahí la mayor frecuencia de errores en la replicación de genomas de virus de ARN), lo que también se refleja en el emparejamiento de bases no WC en rRNA y tRNA. (También se debe mencionar la presencia de U en el ARN, en lugar de T en el ADN; los pares de bases GU se encuentran con frecuencia en el ARNr).