¿Por qué se usa timina en lugar de uracilo en el ADN?

Un problema importante con el uso de uracilo como base es que la citosina se puede desaminar , lo que la convierte en uracilo. Esta no es una reacción rara; sucede alrededor de 100 veces por celda, por día. Esto no es un problema importante cuando se usa timina, ya que la célula puede reconocer fácilmente que el uracilo no pertenece allí y puede repararlo sustituyéndolo nuevamente por una citosina.

Hay una enzima, uracilo ADN glicosilasa , que hace exactamente eso; escinde las bases de uracilo del ADN de doble cadena. Puede hacerlo con seguridad, ya que se supone que el uracilo no está presente en el ADN y tiene que ser el resultado de una modificación de la base.

Ahora bien, si usáramos uracilo en el ADN no sería tan fácil decidir cómo reparar ese error. Prevendría el uso de esta importante vía de reparación.

La incapacidad de reparar dicho daño no importa para el ARN, ya que el ARNm tiene una vida comparativamente corta y cualquier error potencial no conduce a ningún daño duradero. Es muy importante para el ADN ya que los errores continúan en cada replicación. Ahora, esto explica por qué hay una ventaja en usar timina en el ADN, no explica por qué el ARN usa uracilo. Supongo que simplemente evolucionó de esa manera y no hubo un inconveniente significativo contra el que pudiera seleccionarse, pero podría haber una razón mejor (¿una biosíntesis de timina más difícil, tal vez?).

Encontrará un poco más de información al respecto en "Molecular Biology of the Cell" de Bruce Alberts et al. en el capítulo de reparación del ADN (a partir de la página 267 en la 4ª edición).

La existencia de timina en el ADN en lugar de uracilo aparentemente se debe al proceso de evolución que hizo que el ADN fuera más estable.

La timina tiene una mayor resistencia a la mutación fotoquímica, lo que hace que el mensaje genético sea más estable. En el artículo se puede encontrar una explicación aproximada de por qué la timina está más protegida que el uracilo.

Arthur M, L., ¿Por qué el ADN contiene timina y el ARN uracilo? Revista de Biología Teórica, 1969. 22(3): p. 537-540.

lo que da tres razones principales para que suceda:

1. "La energía de excitación en el ADN es móvil y finalmente se transfiere a los residuos de timina, que son los sitios de daño por radiación".

2. "El uracilo, pero no la timina, forma un producto de fotohidratación estable. La dimerización de la timina puede fotorrevertirse parcialmente mediante la irradiación a longitudes de onda relativamente más largas, mientras que este proceso es menos efectivo para los dímeros de uracilo debido a la reacción de fotohidratación competitiva".

3. "La mutación fotoquímica es, o al menos lo fue en algún momento, un problema grave, ya que existe una serie de enzimas para reparar el daño por radiación. Por lo tanto, la resistencia al daño por radiación fue una importante ventaja selectiva".

La timina tiene una mayor resistencia a la mutación fotoquímica, lo que hace que el mensaje genético sea más estable. Esto ofrece una explicación aproximada de por qué la timina está más protegida que el uracilo.

Sin embargo, la verdadera pregunta es: ¿Por qué la timina reemplaza al uracilo en el ADN? Lo importante a tener en cuenta es que, si bien el uracilo existe como uridina (U) y desoxiuridina (dU), la timina solo existe como desoxitimidina (dT). Entonces la pregunta es: ¿Por qué las células se toman la molestia de metilar el uracilo a timina antes de que pueda usarse en el ADN? y la respuesta fácil es: la metilación protege el ADN.

Además de usar dT en lugar de dU, la mayoría de los organismos también usan varias enzimas para modificar el ADN después de haberlo sintetizado. Dos de esas enzimas damy dcmmetilan adeninas y citosinas, respectivamente, a lo largo de toda la cadena de ADN. Esta metilación hace que el ADN sea irreconocible para muchas nucleasas (enzimas que descomponen el ADN y el ARN), por lo que no puede ser atacado fácilmente por invasores, como virus o ciertas bacterias. Obviamente, la metilación de los nucleótidos antes de que se incorporen garantiza la protección de toda la cadena de ADN.

La timina también protege el ADN de otra manera. Si observa los componentes de los ácidos nucleicos, fosfatos, azúcares y bases, verá que todos son muy hidrofílicos (solubles en agua). Obviamente, agregar un grupo metilo hidrofóbico (insoluble en agua) a parte del ADN cambiará las características de la molécula. El efecto principal es que el grupo metilo será repelido por el resto del ADN, moviéndolo a una posición fija en el surco principal de la hélice. Esto resuelve un problema importante con el uracilo: aunque prefiere la adenina, el uracilo puede emparejarse con casi cualquier otra base, incluido él mismo, dependiendo de cómo se sitúe en la hélice. Al reducirlo a una sola conformación, el grupo metilo restringe el uracilo (timina) para emparejarse solo con la adenina. Esto mejora en gran medida la eficiencia de la replicación del ADN,