¿Por qué se eligió el ADN como material genético en lugar de ARN?

Creo que comprenderá mejor si considera la pregunta como “¿por qué las características que derivan el ADN de su ancestro ARN confieren ventajas que lo encerraron como material genético, mientras que el ARN generalmente fue relegado a un papel más temporal”.

Si nos fijamos, las dos principales diferencias son químicamente simples, aunque energéticamente caras y ‘difíciles’ de lograr. Otros en esta pregunta están haciendo un gran trabajo al describir POR QUÉ estos son ventajosos, por lo que solo me referiré a ellos.

Eliminar el -OH en la posición 2 ‘elimina el mal hábito de las moléculas de ARN de cortarse en pedazos. Fácil de escribir en papel: simplemente borre el oxígeno y pegue el hidrógeno directamente. Sin embargo, esta es una reacción de ‘reducción’, y estos cuestan mucho enérgicamente; la enzima que hace esto todavía está con nosotros y se llama ‘ribonucleótido reductasa’. Tenga en cuenta que debe realizar esta reacción en todos y cada uno de los nucleótidos que utiliza para la síntesis y reparación del ADN; Eso no va a ser barato.

El segundo es el empleo de timina en lugar de uracilo. Para su información, esta es quizás la pieza de nomenclatura química más criminal en toda la biología. Parece que estos son dos bloques de construcción totalmente diferentes , mientras que en realidad la timina es simplemente uracilo con una ‘marca’ que lo hace diferente a las máquinas que se molestan en mirar. Como otros afirman, esta ‘marca’ nos permite distinguir la pareja de adenina que se construyó a propósito (timina) frente al accidente que ocurre cuando el agua y la citosina chocan y sufren una reacción de desaminación (uracilo). Para poner todo esto más brevemente, la timina se puede denominar correctamente como “5-metil uracilo”; en otras palabras, exactamente lo mismo que el uracilo pero con un metilo agregado en una posición. Vale la pena señalar que esta posición de ninguna manera influye en la asociación con la adenina … y divertido observar que no previene la descomposición de la citosina en uracilo; solo permite que tales eventos sean ‘vistos’ retroactivamente.

Una vez más, esta es una reacción química costosa (y de hecho potencialmente peligrosa, ya que tener una capacidad reactiva como el poder de metilación puede terminar con la alteración de la reacción equivocada) … y al igual que con la reducción de ribosa, hay que hacerlo por todas partes: cada ¡El compañero de adenina debe soportar esta modificación! De esto podemos concluir que a pesar de que es una solución incómoda e indirecta al problema de la “descomposición de la citosina en uracilos”, ¡debe ser un problema importante!

Porque el ADN es químicamente estable y el ARN no lo es. Una solución de ADN en agua salada no se degradará sustancialmente en 1000 años, y mucho menos toda la vida. Una solución equivalente de ARN se degradará sustancialmente en unos pocos días. Esto se debe a que el grupo hidroxilo adicional en el ARN es, con mucho, la parte más reactiva del ARN y no está presente en el ADN.

EDITAR:

Parece que hay un gran malentendido aquí. El ADN no es el material genético porque es bicatenario, es bicatenario porque es el material genético. Tanto el ADN como el ARN forman naturalmente dobles hélices en presencia de su complemento inverso (la secuencia que tenía las bases apropiadas para formar una doble hélice). La razón por la cual el ADN tiene su complemento inverso y el ARN no es porque el ADN es el material genético y, por lo tanto, debe tener un almacenamiento de alta fidelidad, y el ARN no.

El material genético (ARN o ADN) de un organismo lleva información de la estructura, forma y función de todas y cada una de las células de ese organismo, y lleva la misma información durante generaciones. Por lo tanto, cuanto más estable es el material genético, menos posibilidades hay de incorporar mutaciones en el genoma. Con la evolución, el material genético menos estable (ARN) fue reemplazado por los más estables (ADN).

El ARN es inestable debido a la presencia de uracilo en lugar de timina. El ARN tiene azúcar ribosa y el ADN tiene azúcar desoxirribosa en sus monómeros, la presencia de un grupo -OH libre en el segundo carbono en el azúcar ribosa lo hace más propenso a la oxidación. Los surcos más pequeños en el ADN lo hacen menos propenso a la degradación enzimática y los surcos más grandes en el ARN lo hacen más propenso al ataque de las enzimas. Las otras razones por las que se eliminó el ARN como material genético durante el curso de la evolución se deben a las altas posibilidades de mutaciones que ocurren durante la replicación. El ADN tiene menos posibilidades de mutación, porque las partes codificantes (exones, 2% del genoma humano) e interrumpidas por partes no codificantes (intrones, 98% del genoma humano), por lo tanto, en caso de una mutación, hay altas posibilidades de que ocurran en la región no codificante. Una ventaja más del ADN es la lectura de prueba durante el proceso de replicación, que asegura que no se inserten mutaciones.

Debido a la alta estabilidad del ADN sobre el ARN, se eligió como material genético de especies evolucionadas.

Una cosa que era fundamentalmente esencial para el origen de la vida era una molécula que pudiera replicarse o reproducirse. El ADN y el ARN son polinucleótidos y se sabe que poseen esta propiedad esencial. Se debió a la presencia de un emparejamiento de bases complementario.
El ADN y el ARN están compuestos por 4 bloques de construcción conocidos como nucleótidos. El ADN está compuesto de adenina; Guanina; Citosina y timina, mientras que el ARN está compuesto de adenina; Guanina; Citosina y Uracilo. Mientras que la replicación de una plantilla de ADN o ARN, las bases complementarias forman una plantilla opuesta a la original (A se empareja con T y C con G) a través de enlaces de hidrógeno.

Ahora, la autorreplicación a través del emparejamiento de bases es un proceso que consume bastante energía y se requieren catalizadores para hacer que este proceso sea más eficiente. En la actualidad, estos catalizadores son proteínas, pero en el pasado se supone que esta propiedad catalítica fue realizada por el propio ARN. Entonces, el ARN era autosuficiente para producir su réplica. Esta misma teoría condujo al origen de la teoría mundial del ARN y se cree que está vinculada al origen y la evolución de la vida.

Aunque el ARN es un compuesto bastante complicado y se cree que algunos compuestos primarios que tienen capacidades de autorreplicación y catalíticas fueron biopolímeros originales responsables del origen de la vida.
El ARN tiene numerosas ventajas como portador de información en una célula, pero el mundo anterior al ADN no era tan complejo como el actual, ya que la catálisis por ARN no era comparable a la catálisis de proteínas.
Cuando el ARN comenzó a formar proteínas, estas proteínas comenzaron a actuar como catalizadores y la ribosa se transformó en desoxirribosa. Tenga en cuenta que esta misma reacción no fue posible sin la interferencia de proteínas. La conversión de ribosa en desoxirribosa creó un nuevo biopolímero conocido como ADN.
El ADN ofreció varias ventajas sobre el ARN, por lo que fue elegido por selección natural para representar seres superiores:
1. El ADN fue químicamente más estable que el ARN, por lo que fue posible mantener una mayor longitud de ADN en comparación con el ARN. El ARN tiene un grupo hidroxilo (OH) presente en el carbono 2 ‘. Este grupo hidroxilo invita a la reacción de hidrólisis, por lo que no fue posible mantener una molécula de ARN de larga duración. Este grupo hidroxilo estaba ausente en el ADN, lo que conduce a la estabilidad de la molécula de ADN.
2. El ADN fue más capaz de manejar la auto reparación durante el proceso de replicación debido a la presencia de timina en lugar de uracilo. Fue debido al hecho de que a menudo la citosina se convirtió en uracilo debido a la desaminación. Ahora, en el caso del ARN, era imposible que la célula supiera si el uracilo debería estar presente allí o no, pero en el ADN ya que el uracilo no está presente, por lo que fue bastante fácil identificar el error y rectificar eso.
3. El ADN también ofrece más seguridad de la información debido a la doble estructura helicoidal. Por una vez, la estructura helicoidal doble protege las bases de nucleótidos manteniéndolas dentro de la estructura y, en segundo lugar, la estructura helicoidal doble ayuda a identificar cualquier error que haya ocurrido durante la replicación. Si las bases de dos plantillas no eran complementarias entre sí, indicaba claramente la presencia de algún error durante la replicación.

La respuesta a esto solo radica en la estabilidad del ADN en comparación con el ARN. Al ser una doble hélice, el ADN no está abierto a reacciones químicas que puedan modificar las bases. En una molécula monocatenaria como el ARN, las bases están abiertas a reacciones químicas y, por lo tanto, a modificaciones debidas al entorno de la célula. El ADN solo es propenso a modificaciones enzimáticas que están estrictamente reguladas. Incluso en condiciones de laboratorio, lo único que puede dañar las muestras de ADN es una contaminación por nucleasas. Simplemente utilizamos agua libre de nucleasas y nunca nos hemos enfrentado a un problema de degradación de las muestras de ADN. Mientras que el ARN es altamente inestable y se degradará incluso en el refrigerador. Debe almacenarse a temperaturas muy bajas si se requiere un almacenamiento a largo plazo (-80 ° C).

En cuanto al hecho de que el ARN no puede auto replicarse, eso solo se debe a la falta de maquinaria enzimática adecuada. Según la hipótesis del mundo del ARN, tales sistemas existían pero eran muy propensos a errores y, por lo tanto, evolucionaron las transcriptasas inversas que podrían convertir el ARN en ADN y, por lo tanto, hacerlo más estable. Esta forma estable de información prevaleció durante la evolución y el ARN se convirtió solo en la molécula mensajera para transferir información del ADN a las proteínas.

Aún más, puede surgir una pregunta de que si el ADN es más estable y almacena toda la información genética, ¿por qué todavía existe el ARN? Esto se debe a que, al ser altamente estable, la conversión de ADN directamente a proteína probablemente requerirá mucha más energía que la conversión de ARN a proteína. Pero también podría deberse al hecho de que la maquinaria de traducción para convertir el ARN en proteínas evolucionó antes que el ADN y, por lo tanto, se conserva.

Espero que encuentre esta respuesta simple e informativa.

“¿Por qué se eligió el ADN como material genético en lugar de ARN?”

Usted formula su pregunta de manera extraña. ¿Elegido? ¿Marchó el ADN a la sala del trono del Rey de la Biología y luego dijo, con una sonrisa aristocrática, “Ves, mi Señor, que el tipo de ARN no tiene la naturaleza bicatenaria o los grupos metilo apropiados para esta tarea”. De hecho, ¡el patético tonto incluso tiene dos hidroxilos principales! ¡Bwa-hah!

En este punto, imagino que el Rey de la Biología, que lleva una armadura de cota de malla cruzada, como Sean Connery al final de Robin Hood: el Príncipe de los ladrones dice “¡En efecto!” Y luego nombra al ADN como portador de información genética.

Con toda seriedad, creo que el ADN es la principal molécula de almacenamiento de información para la vida porque carece de grupos 2′-OH que están presentes en las bases de ARN. El grupo 2′-OH puede causar la escisión de la cadena de ARN, lo que sería malo para la supervivencia de un organismo. Creo que la vida podría persistir con la doble hélice en forma de A que el ARN puede adoptar, e incluso con la presencia de uracilo (creando riesgo para un genoma con citosina, que podría desaminarse para formar pares de bases U :: G pre-mutagénicos), que podría puede ser diversidad de aminoácidos y proteínas con codones más grandes basados ​​en un genoma que contiene únicamente A y U (en lugar de tripletes, piense en codones de 6 nucleótidos). La vida sería diferente a nivel molecular en estas circunstancias, pero tal vez no sea imposible. No, creo que el grupo 2′-OH, y los cortes espontáneos que podría causar alrededor de un genoma, serían una gran carga bioquímica para tratar de manera constante.

Por último, debe saber que hay ciertos tipos de virus que tienen genomas basados ​​en ARN en lugar de ADN. Estos virus se llaman retrovirus. Entonces, en ciertos casos, el ARN sirve como material genético.

Se espera que una molécula que pueda actuar como material genético cumpla con los siguientes criterios …

1. Replicación: debe tener la capacidad de replicarse a sí mismo.
2. Estabilidad: debe proporcionar un almacenamiento estable para la información genética.
3. Evolución: debe tener la capacidad de evolucionar y cambiarse a sí mismo.
4. Expresión: debe poder expresar la información cuando sea necesario.

Quien dice que el ARN no es el material genético, pero en el caso de los humanos o déjenme decir un término más amplio, los organismos complejos tienen el ADN como material genético.

1. El material genético debe ser extremadamente estable para que la información de secuencia pueda transmitirse de generación en generación sin degradación. El ARN en sí es una molécula notablemente estable, pero es muy sensible a las condiciones alcalinas en comparación con el ADN.
2. Lo más importante, con diferencia, es que el ADN suele ser bicatenario. Esto tiene una serie de ventajas, la más inmediata es cuando una cadena se rompe y la molécula entera no se desmorona … hay otras ventajas … si se comete un error en una cadena en una base, la otra cadena todavía está allí en su orden original para ayuda a mantener la secuencia original en la cadena opuesta cuando aparece una enzima de corrección para eliminar la falta de coincidencia.
3. La presencia de timina en lugar de uracilo en el ADN permite la reparación de la citosina desaminada.

Por lo tanto, en la batalla anterior entre el ADN y el ARN, se demuestra que el ADN es victorioso y puede declararse como un mejor material genético posible.

• Replica con más precisión.
• Almacenar información con mejor estabilidad.
• Se somete a cambios lentos y puede resistir los rápidos (mutaciones).

Tanto el ADN como el ARN son cadenas moleculares similares, pero difieren en tres aspectos cruciales que hacen que el ADN sea más estable que el ARN.

1. El ADN es una molécula bicatenaria, mientras que el ARN es una molécula monocatenaria (existen excepciones, como un ARN DS). La doble cadena asegura que las bases nitrogenadas reactivas se mantengan ‘dentro’ de la estructura helicoidal, protegiéndolas de cualquier reacción no deseada que tenga lugar con ellas. Esto no sucede en el ARN porque son monocatenarios y esto deja a las bases nitrogenadas vulnerables.
2. Tanto el ADN como el ARN contienen azúcar ribosa como parte de su cadena. Sin embargo, uno de los enlaces en el carbono 2 ‘del azúcar se encuentra en forma reducida (OH-> H). Esto no sucede en el ARN que tiene el grupo OH presente en el carbono 2 ‘. El grupo OH se considera un grupo reactivo. Por lo tanto, esto hace que el ARN sea más susceptible a las reacciones catalíticas. Esto no sucede en el ARN.
3. Una diferencia más entre el ARN y el ADN es la presencia de timina como una base nitrogenada en el ADN en comparación con el uracilo en el ARN. Se sabe que la timina tiene mayor resistencia a las mutaciones fotoquímicas que el uracilo, lo que hace que el ADN sea más estable y capaz de transmitir la misma información genética.

El ADN nunca fue ‘elegido sobre’ ARN. Creo que lo que desea transmitir es por qué el ADN está presente en humanos y otros organismos ‘complejos’ en lugar de ARN.

• El ADN es químicamente más estable que el ARN. El ARN tiene un grupo hidroxilo (grupo -OH) que conduce a que el ARN sea menos estable.
• El ADN deja espacio para la mutación. Esto no es una mutación per se sino lo que podemos llamar evolución. El modo de replicación semiconservativa de la replicación del ADN conduce a rasgos evolutivos y adaptativos en un organismo.
• El ADN es un mejor mensajero de información genética porque puede replicarse y transmitirse una y otra vez, algo que no se puede ver en el caso del ARN.

El ADN es una molécula mucho más estable que el ARN y, por lo tanto, es mucho menos probable que se dañe. Por lo tanto, es más adecuado para el almacenamiento fiel de información heredable entre generaciones.

Una parte importante de la razón de esta estabilidad es qué tan bien el ADN se hibrida en una doble hélice; El ARN tiende a formar hélices cortas en lugar de largas y estables. Esto también es conveniente para la replicación de ADN, pero no de ARN.

Ambos pueden almacenar material genético y se cree que todo comenzó como un mundo de ARN. Todas las células (procariotas y eucariotas) almacenan sus genes como secuencias de ADN. Sin embargo, algunos virus usan ARN como su molécula de almacenamiento genético.

El ADN es más estable (menos reactivo) que el ARN. La ribosa, el azúcar del ARN, tiene un -OH expuesto que lo hace altamente reactivo. La molécula de ADN más estable es “mejor” para almacenar el material genético “a largo plazo”.

1. La doble hélice de ADN es más estable que una doble hélice de ARN, ya que a diferencia del ARN carece de un -OH reactivo en C2.
2. El ADN contiene timina, que es básicamente uracilo metilado. Esto se suma a la estabilidad ya que el grupo Uracilo en el ARN es mucho más reactivo.

Por lo tanto, el ADN ofrece un portador más estable de información genética que, a diferencia del ARN, es menos propenso a las mutaciones.

Hay muchas razones por las que el ARN es mucho más inestable que el ADN. En primer lugar, el primer material genético evolucionado fue el ARN, pero debido a su inestabilidad, sufre una mutación rápida, lo que no es deseable, por lo que el ADN evolucionó pero la maquinaria de proteínas funciona con la ayuda del ARN.

La razón de su inestabilidad son

1.La mayoría es de cadena sencilla.

2. Contiene azúcar ribosa, mientras que el ADN tiene azúcar desoxirribosa, que es más estable.

3.RNA contiene uracilo y el ADN contiene tiamina, que es más estable.

Por lo tanto, el ARN no se usa como material genético en organismos superiores, pero existe en muchos virus, por lo que los virus sufren una mutación rápida y las enfermedades virales son difíciles de tratar.

Ver la respuesta de Ajit Kumar a ¿Por qué se eligió el ADN como material genético en lugar de ARN?

tl; dr: es más estable que el ARN, aunque permite cierta variación, lo que ha permitido que los organismos basados ​​en el ADN evolucionen con preferencia a otras posibles organizaciones.

El ARN no puede ser replicado por sí mismo, primero necesita transcriptasa inversa para convertirlo en ADN y luego, replicación de ADN

Ahora el punto de partida es que “¿Por qué no tenemos ARN como nuestro material genético?”

La respuesta es bastante simple: carecemos de transcriptasa inversa, por lo que no podemos permitirnos tener ARN como materiales genéticos

Espero que defina el núcleo

1. El ARN tiene un grupo 2’OH altamente reactivo que se reemplaza por un hidrógeno en el ADN.
2. La desoxi ribosa en el ADN es menos reactiva que el azúcar ribosa en el ARN.
3. Como el ARN es pequeño y altamente reactivo, no puede almacenar mucha información.
4. En el ADN, la timina tiene un grupo metilo adicional en comparación con el uracilo, lo que facilita el mecanismo de reparación del ADN. La citosina puede sufrir desaminación produciendo uracilo. En el ARN, el mecanismo de reparación no puede identificar qué Uracilo es cuál. Pero en el ADN, el mecanismo de reparación es capaz de identificar el uracilo y eliminarlo.
5. El ADN es más conveniente para aceptar cambios lentos y graduales que ayudan en la evolución. Pero los cambios en el ARN son rápidos debido a su alta reactividad. Por lo tanto, en el punto de vista evolutivo, el ADN es más preferido a través de la selección natural. (Tenga en cuenta que para ciertos virus como los retrovirus, el ARN sigue siendo el material genético).

Tenemos células eucariotas. Si tuviéramos ARN como material genético, mostraría mutaciones demasiado rápidas para que los humanos sobreviviéramos durante tanto tiempo. Además, incluso el ADN, con la corrección de pruebas como un punto positivo, nos salva de errores innecesarios durante la replicación. El ARN es bueno solo para procariotas y no para organismos eucariotas multicelulares complejos.

Tanto el ADN como el ARN contienen el azúcar ribosa, que es esencialmente un anillo de átomos de carbono rodeado de oxígeno e hidrógeno. Pero mientras que el ARN contiene un azúcar ribosa completo, el ADN contiene un azúcar ribosa que ha perdido un átomo de oxígeno y un átomo de hidrógeno. Entonces el ADN es más estable que el ARN.

Lo básico está oculto en el fondo de la estabilidad de la configuración molecular. La tasa de estabilidad del ARN es mucho menor que la de la molécula de ADN. Entonces, ¿por qué un organismo conservaría una molécula que se degrada rápidamente, por lo que en el curso de la evolución el ADN se convirtió en nuestro verdadero compañero genético estable para nosotros en lugar de ARN?