DNA & RNA struktur stabiltet

Jag misstänker att det är dubbelsträngen som är viktig här, möjligtvis är det stabiliteten hos en dubbelsträng som gjorde att DNA utvecklades en gång i tiden. De flesta forskare tror att livet på jorden var baserat på RNA från början, den s.k. RNA-världshypotesen.

Med ”stabilt” menar jag då hur molekylen replikeras. Om man ska skapa en RNA-molekyl från en annan RNA-molekyl finns inte något skydd mot mutationer, dvs det kan lätt bli fel kvävebas med potentiellt katastrofala följder.

Om man kollar på hur DNA replikeras så börjar det med att strängarna separeras varefter de nya strängarna byggs upp för att matcha de bildade halvsträngarna. Finns adenin på den befintliga strängen så måste det finnas en tymin på strängen som bildas. Detta minskar möjligheten för mutationer och ger en säkrare replikation.

Om det nu är så att det var någon form av RNA som utvecklades till DNA så kan man också fråga sig varför det finns andra olikheter mellan dessa. De måste ha uppkommit av någon evolutionär anledning, dvs tymin måste vara bättre än uracil och deoxiribos bättre än ribos ur något hänseende. 

Jämför man tymin och uracil är de slående lika varandra, det är bara en väteatom i uracil som är utbytt mot en metylgrupp i tymin. Om man googlar efter teorier kring detta så verkar många föreslå att tymin är mer fotokemiskt stabilt. Det verkar rimligt eftersom DNA med tymin istället för uracil då skulle bli mindre känsligt för solljus. Solstrålning, och speciellt då UV-strålning, är något som är skadligt för arvsmassan och som bl.a. anses ha varit ett hinder för livet att kunna uppstå i grunda bassänger. Därför tror man att livet uppstod på havsbotten, t.ex. vid hydrotermala öppningar. Då vore det rimligt om det krävdes en molekyl likt tymin vid uppkomsten av DNA för att livet skulle kunna frodas på platser även med starkare solljus.

Kollar man på ribos och deoxiribos är de också väldigt lika varandra, det som skiljer är en extra hydroxigrupp i ribos. Här verkar en teori vara att avsaknaden av denna hydroxigrupp gör deoxiribos och därmed DNA mindre reaktivt. Hydroxigrupper kan vara ganska aktiva och både binda med vätebindning samt delta i en rad olika reaktioner, t.ex. kondensationsreaktioner. 

Teraeagle skrev:

Jag misstänker att det är dubbelsträngen som är viktig här, möjligtvis är det stabiliteten hos en dubbelsträng som gjorde att DNA utvecklades en gång i tiden. De flesta forskare tror att livet på jorden var baserat på RNA från början, den s.k. RNA-världshypotesen.

Med ”stabilt” menar jag då hur molekylen replikeras. Om man ska skapa en RNA-molekyl från en annan RNA-molekyl finns inte något skydd mot mutationer, dvs det kan lätt bli fel kvävebas med potentiellt katastrofala följder.

Replikationen sker väl ändå på liknande vis, d.v.s. med en enda sträng som templat för DNA/RNA polymeraset att arbeta efter?

En större skillnad med DNA-polymeraser, jämfört med RNA-polymeraser är att de ofta har en form av proof-reading (rättande av sekvensen efter/i samband med replikationen).

 

Om man kollar på hur DNA replikeras så börjar det med att strängarna separeras varefter de nya strängarna byggs upp för att matcha de bildade halvsträngarna. Finns adenin på den befintliga strängen så måste det finnas en tymin på strängen som bildas. Detta minskar möjligheten för mutationer och ger en säkrare replikation.

Detta gäller för samtliga strängar. Nyttan med två strängar är delvis att det alltid finns två kopior, där varje sträng kan användas som mall för att rätta till fel i den andra strängen. Och om det i samband med replikationen blir fel i den ena strängen (från modercellen) kan korrekt sekvens finnas kvar i den andra strängen - så båda dottercellerna riskerar inte att få precis detta fel endast den ena. Och detta är en fördel, när DNA-sekvensen skall kunna bevaras under stora antal generationer.

Dubbelsträngat DNA (dsDNA) bildar spontant en dubbelhelix (spiralformad struktur), som är mycket mer stabil än en enkel sträng (oavsett om det är DNA eller RNA). De enskilda strängarna stabiliserar varandra, och kan dessutom packas ihop till en mer kompakt och ännu mer stabil struktur med hjälp av histoner. Det sker i våra celler, där merparten av DNA är mer eller mindre ihoppackat, för att spara plats och för att skydda DNA:t. Extremexemplet på detta är våra kondenserade kromosomer som under celldelningen kan ses med mikroskop som bitar i cellen.

dsDNA blir mer stabilt både från fysiska krafter (två strängar håller emot mer, vid t.ex. utsträckning) men även kemiskt. Det bildas hela tiden ämnen i cellen som kan skada DNA (bl.a. oxidera baserna). Är DNA:t ihoppackat kommer dessa bildade ämnena inte åt lika lätt (det blir för trångt) så chansen är högre att cellen hinner oskadliggöra de skadliga ämnena innan DNA skadas. Medans ämnena lättare kommer åt en RNA sträng som flyter omkring själv, och som om den klyvs blir till två bitar, som lika lätta kan sättas ihop. Klyvs ena strängen i dsDNA, kan den andra strängen hålla ihop bitarna tills cellen kan reparera den kluvna strängen.

I både RNA och DNA hålls strängarna ihop genom fosfodiesterbindningar. Som Teraeagle skrev, finns det en extra hydroxigrupp i RNA. Och denna hydroxigrupp ligger precis vid fosfodiesterbindningen, och anses (i vissa modeller) kunna delta i att klyva fosfodiesterbindingen. Risken för att det sker är inte hög, men det finns en sådan hydroxigrupp vid varje fosfodiesterbindning i RNA, och i DNA undviks denna risk.

Det finns även dsRNA genom, det är en undergrupp bland virus. Så under evolutionen av dessa virus klarade sig virus med dubbelsträngat RNA och lever vidare idag. Men för komplexa organismer med stora genom, som vi t.ex., har dsDNA varit ett bättre alternativ för att lagra och skydda arvsmassan under evolutionen.

Det var något likt detta jag var inne på:

Detta gäller för samtliga strängar. Nyttan med två strängar är delvis att det alltid finns två kopior, där varje sträng kan användas som mall för att rätta till fel i den andra strängen. Och om det i samband med replikationen blir fel i den ena strängen (från modercellen) kan korrekt sekvens finnas kvar i den andra strängen - så båda dottercellerna riskerar inte att få precis detta fel endast den ena. Och detta är en fördel, när DNA-sekvensen skall kunna bevaras under stora antal generationer.

Det svåra är att försöka förstå hur DNA såg ut från början, dvs är det DNA vi har nu någon form av ”utvecklat DNA”, dvs fanns ett proto-DNA som utvecklades till det vi har idag p.g.a. ett annorlunda selektionstryck? Det anmärkningsvärda är ju att allt levande har ett genom som bygger på samma sorts system med kvävebaser, även fast DNA ibland är ringformat och ibland helt ersatt av RNA.

I allmänhet tycker jag det är anmärkningsvärt att allt liv tycks vara besläktat. Man pratar ju ofta om sannolikheten för liv på andra planeter och hur detta då skulle se ut. Om jorden var så bra för att hysa liv borde man väl förvänta sig att det uppstod flera gånger, men det finns väl inget som tyder på det? Möjligen blev det utkonkurrerat av DNA-baserat liv, men har lite svårt att förställa mig hur det skulle ha gått till.

Kanske var det så enkelt att DNA var aningen-aningen mer fördelaktigt än RNA, och helt tog över som bärare av genomet mellan generationerna? Där tidigare/samtida/efterföljande alternativa lösningar (hur de nu kan ha sett ut) inte alls klarade av att konkurrera med DNA-genomen, som redan fått ett försprång och/eller ytterligare en fördel?

Jag instämmer i att det är svårt att föreställa sig hur just DNA blev så pass dominant, speciellt med tanke på att den dåtida miljön och betingelserna är obekanta. Även om man räknar bort större biologiska processer (evolution, habitat, spridning etcetera), och endast betraktar det som kemiska processer, har iaf jag svårt att föreställa mig en kemisk miljö som ligger långt ifrån det som finns på jorden idag. Extrema miljöer finns fortfarande och kryllar av liv, men dessa livsformer är likt resten livet, trots sina anpassningar till extrema livsmiljöer.

Även begränsat till organiska livsformer så borde informationslagring motsvarande genom kunna lösas utan DNA, men alternativ saknas. Mycket vatten, organiska ämnen och syrgas verkar premiera den centrala dogmen, men frågan är om det går att få till ett alternativ, även om man arbetar mot evolutionen, t.ex. i en isolerad labbmiljö?

Och tänker man sig andra miljöer, motsvarande andra planeter, ändras evolutionstrycket, men det är fortfarande svårt att föreställa sig hur alternativen kan tänkas se ut. Astrobiologerna har funderat ett tag men utan att känna till de kemiska förutsättningarna på t.ex. en annan planet blir det endast tankeexperiment.

Tack så jätte mycket för superspänande och lärorik resonomang.

så rent kemisk sätt tyder det på att

RNA mindre stabil pga

1. Sockerarten ribos vs deoxiribos

Deoxiribos= dubbelsocker art

Ribos= enkelsocker art, en extra -OH grupp

Ribos= 1 st extra hydroxylgrupp (-OH) som gör den mer REAKTIV & ligger nära fosfodiester bindingen. Kan klyva fosfodiesterbindingen som håller samman BÅDE RNA & DNA

2. Kvävbasen- Uracil istället för Tymin

Uracil= H atom

Tymin= CH3 (metylgrupp)

Tymin= mer gynsamma utifrån energigeneringsprocesser, därmed mer gynsam för levande organismer som konstant kräver energi. Dvs evultionenfördel🌱

Konformation skillnader

RNA= 1 sträng & ej histoner

Fömodligen mindre skydd mot yttre skadar & inte lika skyddad genetiska info. Mindre stabil.

DNA= 2 strängar med histoner

Stabilare pga histonerna & en extra kopia om det går fel i replikationen. (Som en reservplan). Semikonservativ= en ny + en gammal. Lättare att bevara. Histonerna skyddar även mot yttre skador.