La diferencia química entre el ARN y el ADN es el grupo 2'-hidroxilo que falta en los nucleótidos que forman el ADN. El principal efecto de ese cambio que yo sepa es la mayor estabilidad del ADN en comparación con el ARN. Pero me pregunto si esta diferencia tiene implicaciones significativas para la capacidad del ADN para formar estructuras tridimensionales complejas.
Se sabe que el ARN puede formar estructuras terciarias complejas y funcionar como ribozimas. Claramente tiene la capacidad de formar una amplia gama de estructuras y puede catalizar una variedad de reacciones químicas.
Hasta donde yo sé, no se conocen ADN catalíticos naturales. Pero se han creado varias enzimas de ADN sintético en el laboratorio, por lo que generalmente es posible que el ADN forme estructuras catalíticas (ver Breaker y Joyce 1994 para la primera enzima de ADN creada).
Me pregunto si la falta de 2'-OH significa que el ADN tiene menos potencial para formar estructuras complejas en comparación con el ARN. Me imagino que cambia la capacidad de crear enlaces de hidrógeno, pero no sé si disminuiría significativamente las estructuras potenciales que podría adoptar el ADN.
Para asegurarme de que no estoy comparando manzanas y peras, mi (intento de) responder a la pregunta se dividirá en dos partes: comparación de ácidos nucleicos monocatenarios y bicatenarios.
Tanto el ADN como el ARN pueden formar estructuras terciarias complejas monocatenarias en las que los elementos de la estructura secundaria se asocian a través de contactos de van der Waals y enlaces de hidrógeno. La presencia de un grupo 2'-hidroxilo hace que el anillo de ribosa prefiera conformaciones diferentes a las de la desoxirribosa en el ADN. Además, dado que el resto 2′-OH es tanto donante como aceptor de hidrógeno, proporciona al ARN una mayor flexibilidad para formar estructuras complejas 3D y estabilidad para permanecer en una de estas conformaciones. Como advierte Aleadam, este artículo muestra que el ARNt y su análogo de ADN forman estructuras terciarias similares, aunque el ADNt no es tan estable como el ARNt:
Por lo tanto, afirmamos que la conformación global de los ácidos nucleicos está dictada principalmente por la interacción de las bases de purina y pirimidina con átomos y grupos funcionales comunes tanto al ARN como al ADN. Desde este punto de vista, el grupo 2-hidroxilo, al menos en el ARNt, es una característica estructural auxiliar cuyo papel se limita a fomentar las interacciones locales, que aumentan la estabilidad de una conformación dada.
Estos autores también muestran que al menos un bucle en el análogo de tDNA es más susceptible a la escisión por una endonucleasa de restricción. En esta región, el ARNt tiene una molécula de agua unida por hidrógeno al grupo 2'hidroxilo.
No pude encontrar más comparaciones tan interesantes en la literatura.
Tanto el ADN como el ARN pueden formar estructuras de doble cadena. Una vez más, la conformación del azúcar determina la forma de la hélice: para la hélice de ADN, generalmente tiene forma B , mientras que el ARN helicoidal forma geometría A en casi todas las condiciones. En la hélice de ARN encontramos la ribosa predominantemente en la conformación C3'-endo , ya que el 2'-OH desfavorece estéricamente la conformación C2'-endo, necesaria para la geometría de forma B.
dsRNA y ssDNA a menudo envían una señal a la célula de que algo anda mal. Por supuesto, el dsRNA se ve en procesos normales como la interferencia de ARN, pero también puede detener la síntesis de proteínas y señalar infecciones virales (cf. virus de ARN de doble cadena ). De manera similar, el ssDNA es mucho más propenso a la degradación que el dsDNA, a menudo indica daños en el ADN o infecciones por virus de ADN monocatenario e induce la muerte celular. Por lo tanto, debido a sus funciones, en condiciones normales, la estructura 3D del ADN es principalmente una hélice de doble cadena, mientras que el ARN tiene una estructura 3D compleja "similar a una proteína" de una sola cadena.
Este no es mi campo, así que me arriesgo a una respuesta incorrecta/incompleta aquí, pero diría que la diferencia crítica es la aparición casi completa de ADN de doble cadena que impide la formación de estructuras terciarias en ARN de cadena sencilla, en lugar de la diferencia de 2'OH. De hecho, y siguiendo el enlace que pusiste, los autores incluso comentan en la introducción que:
"Es bien sabido que el ADN monocatenario puede asumir estructuras terciarias interesantes. Un ARNt y su análogo de ADN forman estructuras muy similares [9]".
No seguí la cita 9 [Paquette et al (1990), Eur. J. Bioquímica. 189,259-265] , pero parecen responder a su pregunta con esa frase. En esencia, probablemente no tenga una implicación importante.
La respuesta radica enteramente en la estabilidad termodinámica que proporciona tener un 2'-OH. Como mencionó Aleksandra, el ARN adoptará solo la conformación C3'-endo mientras que el ADN adopta tanto la conformación C2'-endo como la C3'-endo. Efectivamente, esto hace que la cadena de ADN sea más flexible que el ARN. Al hacerlo, un oligómero de ADN monocatenario podrá adoptar más estados.
La formación de hélices de ADN/ARN se realiza predominantemente de forma entálpica . Cuando se forma una hélice, el ARN solo adoptará una hélice en forma de A, mientras que el ADN adoptará tanto una forma A como una forma B. Si bien hay más conformaciones posibles para el ADN, la reducción de las contribuciones entrópicas lo hace significativamente más desfavorable. Curiosamente, esta es la razón por la que los análogos de ARN como el PNA y los morfolinos tienen buenas propiedades de unión, ya que formarán un apareamiento de bases más entrópicamente estable con su secuencia objetivo.
Por estas razones, es mucho más común ver ribozimas estructuradas y ARN no codificantes en la naturaleza, aunque es físicamente posible producir ADNzimas. Una vez más, una de las muchas razones por las que la hipótesis del mundo del ARN tiene sentido.
el grupo OH en la posición dos actúa como catalizador nucleofílico para la escisión del ARN o del ADN si tuviera dicho grupo. Dado que el ADN debe permanecer intacto durante toda la vida de una célula, sería desastroso si se escindiera debido al grupo 2'OH. El ARN, por otro lado, se escinde rápidamente según lo necesite la célula sin consecuencias perjudiciales para el código genético de las células, por lo que puede tener un grupo OH.-chem major
bobthejoe