Параллельные двойные спирали ДНК со спариванием оснований Уотсона-Крика: почему они не встречаются? [дубликат]

«Единственные конкретные предположения, которые я смог найти, были связаны с процессом репликации ДНК и…»

Нет. Объяснение не может иметь никакого отношения к репликации ДНК. Если структуры не существует, вы не можете ее воспроизвести, если она существует, Природа разработает механизм. (Связанный вопрос SE, упомянутый @Gilleain, спрашивал, может ли он все еще реплицироваться, если он будет параллельным, то есть с использованием ферментов, которые развились для параллельной ДНК.)

Я знаю, что параллельные спирали ДНК существуют…

Давайте сначала проясним это. Возможно, самая обширная параллельная дуплексная ДНК, структура которой была определена, описана Parvathy et al. . Две параллельные нити этого показаны ниже:

Следует отметить следующие моменты:

1. Эта параллельная ДНК (и предшествующие ей более короткие примеры) не является чистым отрезком комплементарных пар оснований.
2. Он стабилизирован тем, что авторы называют «зажимами CC+» на обоих концах. Остается заключить, что без них дуплекс не образовался бы.
3. Все комплементарные пары оснований относятся к типу AT (фактически обратные пары оснований Уотсона-Крика). Предположительно пары оснований GC дестабилизировали структуру.

(Вы можете изучить эту структуру в трех измерениях здесь . Выберите стиль «Солодка» и цвет «по цепочке» и обратите внимание на неплоскостность трех базовых «пар» на каждом конце.)

Таким образом, хотя вопрос конкретно относится к параллельным спиралям ДНК с парами оснований Уотсона-Крика, следует признать, что протяженные параллельные спирали ДНК, состоящие из любого вида комплементарных пар оснований AT и GC, не обнаружены, и этот вопрос в равной степени относится и к ним.

«На диаграмме, если бы мы перевернули одну из нитей, оставив другую без изменений, водородная связь все еще возможна».

Диаграмма в вопросе двумерная ; ДНК трехмерна . Только рассматривая трехмерную структуру ДНК, вы можете подойти к этому вопросу.

Так как же это сделать? Необходимо учитывать свободную энергию альтернативных структур в соответствующей среде, чтобы определить, какие из них возникнут (т.е. будут более термодинамически устойчивыми).

1. Это скажет вам, будут ли одиночные нити ДНК с параллельными последовательностями образовывать двухцепочечную (ds) структуру или нет.

2. Это покажет вам, является ли дц-параллельная ДНК более или менее энергетически стабильной, чем дц-антипараллельная ДНК. Следовательно, даже если оба могут образовываться (в чем я сомневаюсь, без особых обстоятельств*), более низкая термодинамическая свободная энергия антипараллельной двухцепочечной ДНК дала бы организмам, принявшим ее, эволюционное преимущество.

А ответ на вопрос?

Кажется маловероятным, что виноват какой-то один фактор, иначе это было бы указано в элементарных учебниках, таких как Berg et al. .

Для ответа потребуется полный теоретический анализ структуры или структур. Сначала нужно было бы построить модель предполагаемой параллельной структуры, которая могла бы вместить пары оснований Уотсона-Крика. Это само по себе является проблемой, потому что, вероятно, будет много альтернативных структур. Возможно, существуют компьютерные программы, способные найти структуру с наименьшей энергией. Это можно было бы рассчитать классическим способом, рассчитывая положительный вклад водородных связей (который зависит от расстояния и угла), ионного взаимодействия и т. Д. * против отрицательного вклада заряда и стерического отталкивания.

*Так далее? Двумерная диаграмма не учитывает вклад стекинга оснований (как он мог?), который в значительной степени способствует стабильности спиралей нуклеиновых кислот, о чем постоянно напоминает оригинальный дизайн обложки Stryer's Biochemistry :