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为什么 DNA 比 RNA 更适合承载遗传信息?
2016-09-25 09:12   审核人:

为什么 DNA RNA 更适合成为遗传信息的承载者呢?一项新的研究就此提出了解释:双螺旋DNA是一种很灵活的结构模式,它可以通过扭曲成不同的形状来适应碱基的分子损伤;而RNA形成的双螺旋结构过于僵硬,无法在结构上适应碱基损伤而面临解链。

 

 

1.DNA 双螺旋(左图)可以自我扭曲成不同形状来适应碱基的损伤(以黑点表示),而RNA双螺旋(右图)结构过于刚硬,弯曲性差,不能适应碱基损伤并发生解链。HGHoogsteen碱基对模式。

 

这一研究发表于201681日的《自然-结构和分子生物学》杂志上。这项研究主要关注DNA双螺旋结构的动态性,因为这一特性在维持基因稳定以及对抗疾病和衰老中起到极为重要的作用。

DNA双螺旋结构通常被描述成一个螺旋梯,两条长线相互缠绕,而中间的阶梯由ATCG四种碱基通过化学键构成,这些碱基可以像咬合齿轮一样相互配对。1953年,WatsonCrick提出DNA双螺旋结构模型时,就准确预测了这些碱基的配对方式。1959年,生物化学家Karst Hoogsteen拍摄到了新的A-T碱基对图像,与经典的Watson-Crick碱基对(WC)相比,图像中的碱基对有轻微的扭曲,一个碱基相对于另一碱基扭转了180°。自此,Watson-Crick碱基对和Hoogsteen碱基对(HG)都有了其在DNA中的静态图像。

2011年,Hashimi团队证实,在DNA双螺旋中,碱基对在WCHG模式之间不断变换:HG模式代表性地出现在DNA与蛋白质结合或受到化学损伤时;当与蛋白质解离或损伤修复后,DNA就回到原来的WC模式。

该团队进一步考察了RNA形成双螺旋时这一情况是否也会发生。首先,他们构建了两个双螺旋模型:一个为 DNA双螺旋,另一个为 RNA双螺旋;然后,使用 NMR 技术来追踪单个GA碱基的翻转情况,并判断其遵守的是WC模式还是HG模式。结果显示,在任何特定时间点,DNA双螺旋中都有百分之一的碱基对处于HG模式;但观察RNA双螺旋时,完全没有可检测到的碱基对相对位移,所有碱基对都固定在相应位置,完全符合WC结构模式。为了确认研究中使用的RNA模型是否是异常的特例,研究者还构建了一系列不同种RNA分子模型并在多种不同条件下对这些模型进行分析,但是依然没有检测到HG结构模式。研究人员还怀疑,是否RNA分子中的HG配对产生和消失得过快,以至于在形成期间不能被检测到。因此,该团队在碱基中特定位置加入了一个甲基来阻碍WC配对形成,使RNA被迫保持HG结构模式。令人惊奇的是,RNA双链在接近修饰位点的位置解链,但无法以HG配对形式保持聚合。

该团队认为RNA不形成HG碱基对,是由于RNA的双螺旋结构(A-型)比DNA 的双螺旋结构(B-型)更加扁平,于是RNA无法在不影响另一碱基或不移动周围原子的情况下旋转单个碱基。

 

2. RNA的双螺旋结构(A-型,紫色)与DNA 的双螺旋结构(B-型,蓝色)的结构比较。BPbase pair,碱基对。

 

(来源:科研圈http://chuansong.me/n/512210244887

原文阅读:http://www.nature.com/nsmb/journal/v23/n9/full/nsmb.3270.html

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