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神奇的设计-上帝是如何使用NTP和dNTP的?(系列之24)

已有 353 次阅读 2024-11-4 09:20 |个人分类:Science in action|系统分类:观点评述

上帝是如何区分核糖核苷酸和脱氧核苷酸的?

1、NTP汤(NTP Soup)

另论

2、NTP分出dNTP

   核糖核苷酸(NTP)和脱氧核糖核苷酸(dNTP)的使用在遗传信息存储、遗传和信息传递、分子效应的表型展现等各有所属。


3、区分NTP和dNTP的分子细节

 

 Tyrosine(酪氨酸/络氨酸) 残基的"羟基苯环”是区分NTP和d NTP的“手”。它与其“原料”之一的苯丙氨酸相比,因苯环上的“羟基”的引入“亲水性”有增加。但在20种标准氨基酸分类时依然把它归于“疏水氨基酸”。

  它可以“躲在”疏水的环境“暗中”“亲水”。这个“疏水苯环上的亲水羟基”既可以用于与合成dNTP的核糖核苷还原酶(RNR)的活性中心,发挥关键催化作用。并使得通过“控制”RNR的分子数量和活性维持NTP库和 dNTP 库的水平,以尽力避免两种“材料”在DNA 和RNA 生产过程中“混用”;也可以用于DNA复制起始“引物”究竟是RNA 引物,还是DNA 引物。


 RNR的数量和活性控制发生在G1末向S时相转变的阶段。

促进dNTP水平的升高,用于DNA 复制(但这种机制依然不能完全避免NTP的掺入DNA 链。最早了解到这个事是来自中国科学院遗传研究所的童克钟老师,我们都在第一研究室。他老人家对他的发现深感自豪的!我没去比较究竟是不是他老人家首报。注¤ 科学发现最看重的是“首报”,这正是诺奖授予的依据)。


  看来上帝在这个细节处理上也只能采取这个策略


  这或许可以用于解释DNA复制总要(并不完全是这样,另论)选择RNA作为DNA聚合酶合成DNA的引物?

  一种想当然的解释就是NTPs的细胞内浓度远高于dNTP(应该在G1 末之前)。

   尽管NTP浓度从CTP的500μM左右到ATP的4 mM不等,但dNTP浓度通常仅为10-100μM。由于引发反应涉及2个NTPs的结合(见本系列前面有关部分),使用NTPs而不是dNTPs提供了显著的催化优势,特别是因为引发通常涉及2个嘌呤NTPs,其浓度通常高于嘧啶NTPs。然而,一些古生灵长类动物具有仅使用dNTP合成引物的独特能力,这表明更高NTP浓度的“大规模作用”效应不能完全解释灵长类动物存在的原因,这就是近年发现的Primpols(见图)

总结

   我在试图对有关重要分子生物学事件进行规范化解释。我不保证这种解释会被上帝认可,但我敢保证这种解释“凡人”无人可以“反驳”。

概言之:

   上帝设计了一个tyrosine“ 机关” 既用于dNTP合成,也用于两者的“辨识”

。并通过其中的RNR控制细胞内dNTP和NTP在不同细胞周期时相的比例/水平。


备注:请结合《神奇的设计》系列之17https://blog.sciencenet.cn/blog-218980-1356654.html阅读



https://blog.sciencenet.cn/blog-218980-1458405.html

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