¿Qué componente del ADN es responsable de su configuración de doble cadena, mientras que el ARN también está hecho de nucleótidos pero generalmente existe en una sola cadena?

Realmente no existe una característica química / estructural del ARN frente al ADN que explique el ADN existente principalmente como de doble cadena y el ARN como de cadena sencilla. Ambos ácidos nucleicos pueden existir de manera estable en formas monocatenarias y bicatenarias. Es cierto que el ARN adopta una estructura helicoidal ligeramente diferente a la del ADN, pero creo que es un razonamiento ad hoc atribuir las diferentes funciones biológicas del ARN y el ADN a estas diferencias. Las enzimas pueden y evolucionarán para reconocer cualquier forma.

Es algo engañoso referirse a cualquier ácido nucleico como monocatenario. Una sola cadena de cualquier ácido nucleico, ya sea ADN o ARN, se plegará en estructuras secundarias complejas que consisten en hélices, bucles y estructuras terciarias más complejas (interacciones entre bucles y hélices).

Trabajé en dos compañías (NeXstar y SomaLogic), que usaban ácidos nucleicos como agentes de unión y reconocimiento, conocidos como aptámeros. Hicimos varios estudios para ver si había alguna ventaja sistemática para los aptámeros de ADN frente a los aptámeros de ARN. Aunque ciertos objetivos individuales favorecieron una química sobre la otra, en términos de afinidad de unión, en general no hubo una ventaja clara. Tanto el ADN como el ARN funcionan bien como aptámeros.

El predominio del ARN en la formación de estructuras complejas de ácido nucleico como el ARNt y el ARNr es mucho más probable que sea la consecuencia de la historia en lugar de la química o la estructura. El ADN vino después del ARN, y su papel en el almacenamiento de información no requiere (principalmente) ninguna característica estructural más compleja que una doble hélice. Es por eso que el ADN se encuentra en la biología como una hélice bicatenaria, mientras que el ARN conserva su papel en estructuras complejas.

Simplemente, es la ausencia del 2 ‘OH en el azúcar lo que hace que el dsDNA sea más estable que el dsRNA y, por lo tanto, genera relativamente más dsDNA que dsRNA.

Las razones de esto son dobles:

  1. El 2 ‘OH en el dsRNA es capaz de autohidrolizar la molécula en el enlace fosfodiéster adyacente, lo que significa que la vida biológica de las moléculas de dsRNA es mucho menor que la del dsDNA
  2. La presencia del 2 ‘OH generalmente restringe la hélice dsRNA a la geometría en forma de A. Esto tiene un surco mayor más profundo y un surco menor menos profundo que la geometría de la hélice B según lo favorecido por dsDNA.

Además, hay una serie de RNAsas (por ejemplo, RNasa III) que se dirigen específicamente a dsRNA. Este no es el caso para dsDNA, que está altamente protegido en la célula.

Editar: este es el grupo 2 ‘OH:

Británico,

Las respuestas simples son enlaces de hidrógeno y termodinámica. Tal vez eso no suene tan simple, así que permítanme analizarlos.

Cada cadena (antiparalela) de una ‘doble hélice’ (sDNA) de ADN bicatenario está unida entre sí por muchos enlaces de hidrógeno bastante débiles. En esta conformación, cada par AT forma 2 enlaces H mientras que cada par GC base forma tres. Los enlaces H son del orden de 50 a 100 veces más débiles que los enlaces covalentes que mantienen unidos a todos los otros átomos en el ADN, por lo que las cadenas emparejadas pueden abrirse (por enzimas) en el núcleo para la replicación del ADN y la transcripción del ARN.

Arriba: los pares TA y CG a la derecha ilustran los enlaces H por las líneas discontinuas en el medio. La imagen de la izquierda muestra la estructura ensamblada.

Sin embargo, debido a la relativa debilidad de los enlaces H, es bastante fácil separar las cadenas de ADN emparejadas en un tubo de ensayo (in vitro) calentando la solución a aproximadamente 98 * C, o justo por debajo de la ebullición. Llamamos a esto “desnaturalización”, que es una fase de la reacción de PCR, por cierto. A esta temperatura, el ADN existe como una molécula larga y monocatenaria (ADNss) que, como un hilo, puede doblarse y retorcerse ampliamente.

Cuando se deja enfriar a <95 * C, las dos cadenas "encontrarán" la alineación de secuencia correcta (AT y GC) y los enlaces H se volverán a formar (también un paso en la PCR) convirtiéndose nuevamente en ADNds. A temperaturas fisiológicas (~ 37 * C en humanos) este ADNds es más termodinámicamente estable (es decir, "más feliz") en la conocida conformación de doble hélice. La unión de los hilos individuales complementarios se llama "recocido".

La estructura del ARN es un poco más funky ya que hay muchas formas comunes de ARN, tanto monocatenarias como bicatenarias. dsRNA es análogo a dsDNA como acabamos de ver; Una doble hélice. Pero ssRNA puede y forma algunas estructuras interesantes y posiblemente complejas.

Se puede ver que, debido a que AU y GC pueden formar enlaces H, ssRNA puede regresar sobre sí mismo y desde este “bucle de horquilla”. Esta capacidad de ssRNA conduce a algunas estructuras salvajes, de las cuales es la ‘forma nativa’ de tRNA:

Nuevamente, los enlaces H del par de bases están representados por los puntos dibujados entre G y C; A y U. Donde la alineación es incorrecta (es decir, AG o UC) La unión de enlace Ha no puede ocurrir, y a menudo estas secuencias se convierten en bucles.

¿Esto te acerca a lo que deseas entender?

La estructura de doble hélice del ADN se adhiere a los enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos. En el estado cristalino, el ARN parece ser monocatenario, que es un estado artificial regulado por múltiples factores. En casos normales, el ARN posee una estructura secundaria donde estos enlaces de hidrógeno les dan una estructura 3d.