Почему тимин не входит в состав мРНК?

Хороший вопрос! Но, к сожалению, это относится к категории вопросов, о которых мы еще не все знаем . Мы еще не знаем, как РНК-полимераза различает урацил и тимин при добавлении нуклеотидов к растущей цепи мРНК (по крайней мере, мне не удалось найти исследовательские работы в Интернете), скорее всего, потому, что оказалось трудно узнать точный механизм синтеза РНК. которому подвергается РНК-полимераза. Но мы знаем, какие факторы он может использовать для этого. Для общего ознакомления эти факторы таковы:

1. Цепи мРНК содержат NTP вместо dNTP. Сейчас ТТР очень ( очень ) редко встречается в клетках. Таким образом, РНК-полимераза может искать 2'-ОН в нуклеотиде для добавления основания ( обратите внимание, что РНК-полимераза, как известно, не имеет механизмов корректуры, но появляется все больше свидетельств того, что РНК-полимераза может исправлять неправильное соответствие пар оснований, см. Thomas et al . ). Известно, что РНК-полимеразы способны различать NTP и dNTP (Svetlov et al .), хотя точные механизмы мультисубъединичной РНК-полимеразы остаются неясными. Тем не менее, это свойство, безусловно, играет роль (подробности об этом см. в РЕДАКТИРОВКЕ 1).

2. UTP и dTTP имеют еще одно принципиальное структурное отличие: метильная группа. Это различие имеет решающее значение для их дифференциации, особенно для механизмов репарации ДНК. Это связано с тем, что цитозин может самопроизвольно превращаться в урацил (путем дезаминирования). Таким образом, репарационные ферменты должны искать что-то при репарации мутировавшего цитозина, а метильная группа спасает тимин от репарации. См. следующее изображение для сравнения:

   источник

Просто для информации, мы знаем обратную сторону, то есть то, как ДНК-полимеразы предотвращают добавление dUTP в цепи ДНК, потому что dUTP встречается гораздо чаще, чем TTP. Проще говоря, они не делают. Могут происходить (и происходят) мутации, приводящие к неправильному добавлению dUTP в ДНК. Но тут помогает ремонтная техника. Клетки содержат фермент урацил-ДНК-гликозилазу, который заменяет урацил тимином в ДНК ( Longo et al .). Итак, пока мы не найдем точный механизм РНК-полимеразы, вы можете предположить , что она использует очень похожий механизм для корректуры (наряду с первым, конечно).

РЕДАКТИРОВАТЬ 1: я добавлю некоторые подробности о механизме сопоставления пар оснований с помощью РНК-полимеразы, так как просто оставлю точку , это свойство, безусловно, играет роль, что делает ответ вводящим в заблуждение некоторых людей. Но, поскольку размещение всего механизма здесь сделало бы ответ слишком длинным, а также выходящим за рамки ( помните, что вы спросили «почему», а не «как» ), я постараюсь сделать эту часть как можно меньше. Даю схему для лучшего понимания:

Обратите внимание на Tyr639 и His784 (дискриминаторы сахаров), именно так РНК-полимераза отличает NTP от dNTP. Также было показано, что удаление Tyr639 преобразует РНК-полимеразу в ДНК-полимеразу (!), хотя удаление His784 просто снизит ее активность, предполагая, что ее роль незначительна по сравнению с Tyr639. Для получения дополнительной информации посетите эту страницу веб-сайта Бруклинского колледжа.

РЕДАКТИРОВАТЬ 2: В другом ответе ответчик говорит, что для синтеза РНК в качестве предшественников требуются rNTP вместо dNTPS , но не объясняет, почему это так (что действительно является важной частью). Поэтому я добавлю эту часть в свой ответ. Это можно объяснить следующими моментами:

• Дискриминаторы сахара РНК-полимеразы (описанные выше) не позволяют dNTP присоединяться к растущей цепи. Таким образом, dNTP не могут выступать в качестве субстратов для синтеза РНК.

• Ферментом для синтеза тимина (dTTP) является тимидилатсинтаза , для которой в качестве субстрата требуется dUMP. Таким образом, невозможно создать rTTP вместо dTTP.

• Преобразование урацила в тимин требует энергии, а это означает, что урацил энергетически менее дорог , чем тимин. Это также напрямую объясняет (частично), почему мРНК не включает тимин в цепь.

• Для деградации мРНК требуется фермент рибонуклеаза , который не может расщеплять dNTP. Также в механизме деградации мРНК играет роль 2'-ОН. Это можно пояснить с помощью диаграммы ниже:

  

  Как видно, 2'-ОН является важной частью деградации РНК. Таким образом, было бы невозможно расщепить мРНК таким образом, если бы она содержала dNTP.

Использованная литература:

1. Мэтью Дж. Томас, Анджелина А. Платас, Дайан К. Хоули, Точность транскрипции и корректура с помощью РНК-полимеразы II, Cell, том 93, выпуск 4, 15 мая 1998 г., страницы 627-637, ISSN 0092-8674, http://dx.doi .org/10.1016/S0092-8674(00)81191-5.

2. Светлов В. Васильев Д.Г. Арцимович И. Дискриминация дезоксирибонуклеотидных субстратов бактериальной РНК-полимеразой J. Biol. хим. 2004 279 3808738090

3. Мэри С. Лонго, Марк С. Бернингер, Джеймс Л. Хартли, Использование урацил-ДНК-гликозилазы для контроля переносимого загрязнения в полимеразных цепных реакциях, Gene, Volume 93, Issue 1, 1 сентября 1990 г., страницы 125-128, ISSN 0378 -1119, http://dx.doi.org/10.1016/0378-1119(90)90145-H.

4. Дзюда, Д.М. (2010). Интеллектуальный анализ данных для геномики и протеомики: анализ данных экспрессии генов и белков. Уайли

5. Робертс, Гордон С.К. и др. «МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ РИБОНУКЛЕАЗЫ». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 62.4 (1969): 1151–1158.

Ответ на этот вопрос довольно прост:

Тимин не включается в мРНК, поскольку предшественниками синтеза РНК являются рибонуклеозидтрифосфаты (а не свободные основания) и в клетках нет пути синтеза риботимидинтрифосфата (рТТФ) — только для синтеза дезокситимидинтрифосфата (дТТФ).

Я подозреваю, что этот довольно наивный вопрос возникает из-за заблуждения, распространенного среди тех, кто знаком только с краткими популярными описаниями этой темы, что свободные основания являются предшественниками нуклеиновых кислот. На самом деле это нуклеозидтрифосфаты, которые являются предшественниками, и ключевое различие между РНК и ДНК заключается в сахаре рибозе и 2-дексойрибозе. Очевидно, что РНК-полимеразы специфичны для рибонуклеозидтрифосфатов, иначе в РНК была бы обнаружена дезоксирибоза.

Райдер: Почему существует dTTP, а не rTTP?

Хотя это и не является строго частью ответа, я думаю, что он может дать представление о теме, чтобы объяснить, почему в клетках нет rTTP, даже если есть dTTP. Это связано с тем, как синтезируется dTTP — не самая модная тема, — но связанная с ферментами, которые настолько важны для синтеза ДНК, что некоторые крупные ДНК-вирусы кодируют свои собственные копии*. Диаграммы ниже — мои собственные. Более подробный отчет можно найти в главе 25 книги Berg et al. онлайн — Биосинтез нуклеотидов .

Существуют пути синтеза rAMP, rGMP, rUTP и rCTP. (Первые три из них необходимо преобразовать в трифосфаты для синтеза РНК.) Для синтеза ДНК рибозное кольцо rNDP восстанавливается до дезоксирибозы. Обратите внимание, что это создает dUDP, который впоследствии преобразуется в dUTP:

Для получения dTTP dUTP превращается в dUMP, который метилируется в dTMP ферментом тимидилатсинтазой. (dTMP затем превращается в dTTP.) Свободные основания появляются в клетках не в результате синтетических реакций, а в виде нуклеозидмонофосфатов. Однако при деградации ДНК образуется свободный тимин. Это может быть «спасено» путем, включающим тимидинкиназу:

*Это вирусы герпеса. Хотя и не во всех случаях, в различных геномах вируса герпеса встречаются следующие ферменты: рибонуклеотидредуктаза, тимидилатсинтаза, dUTPаза, дигидрофолатредуктаза и тимидинкиназа.